Борисов А.Г. Исследования керна

ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРНА СЕРВИСНЫЙ КАТАЛОГ ОТДЕЛА ФИЗИКИ ПЛАСТА ООО «ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ» Борисов А.Г. Тюмень 2017 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРНА В ООО «ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ» 2 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ СОБСТВЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ И ТЕХНОЛОГИИ TYUMENNIIGIPROGAS 3 СОБСТВЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ И ТЕХНОЛОГИИ 4 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЕ Введение...................................................................................................................................6 Долговременное хранение керна в кернохранилище ООО «ТюменНИИгипрогаз».................................................7 Обеспечение качества работ.....................................................................................................................8 Исследование трещиноватых и существенно неоднородных пород..................................................................10 Исследования слабосцементированных пород.............................................................................................11 Подготовка эталонных и представительных коллекций..................................................................................12 Описание наиболее востребованных исследований: Экспресс-исследования керна на скважине...........................................................................................14 Линейные исследования (на полноразмерном керне).............................................................................16 Фотографирование в белом свете.............................................................................................................................18 Фотографирование в ультрафиолетовом свете...........................................................................................................20 Определение естественной гамма-активности пород с определением плотности........................................................22 Подробное литологическое описание........................................................................................................................24 Привязка глубины отбора керна к кривым ГИС.......................................................................................................26 Определение проницаемости экспресс-методом..........................................................................................................30 Подготовка образцов горных пород к стандартным исследованиям............................................................32 Экстракция образцов в спиртобензольной смеси.....................................................................................................34 Стандартные исследования................................................................................................................36 Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды, расчет объемной и минералогической плотности пород..............................................................................................38 .Определение открытой пористости насыщением керосином, расчет объемной и минералогической плотности пород.....40 Определение открытой пористости и объемной плотности по гелию газоволюметрическим способом........................42 . Определение открытой пористости методом ядерно-магнитного резонанса................................................................44 Определение проницаемости по воздуху (газопроницаемость)..................................................................................46 Определение абсолютной проницаемости по воздуху с поправкой Клинкенберга..........................................................48 Определение эффективной проницаемости по воздуху.............................................................................................50 Определение водоудерживающей способности.........................................................................................................52 Снятие кривой капиллярного давления методом полупроницаемой мембраны...........................................................54 Снятие кривой капиллярного давления методом центрифугирования.........................................................................56 Определение параметра пористости в стандартных условиях.....................................................................................58 Определение параметра насыщения в стандартных условиях...................................................................................60 Определение прочностных свойств...........................................................................................................................62 Определение смачиваемости по ОСТ 39-180-85.........................................................................................................64 Определение скорости продольных (поперечных) волн в стандартных условиях........................................................68 Специальные исследования................................................................................................................70 Определение открытой пористости и газопроницаемости по гелию в барических условиях пласта...........................72 Определение параметра пористости в пластовых условиях.......................................................................................74 Определение упругих характеристик горных пород..................................................................................................76 Определение скорости продольных и поперечных волн в пластовых условиях..........................................................78 Изучение влияния сжатия порового пространства на пористость и проницаемость.....................................................80 Изучение влияния сжатия порового пространства на пористость (по жидкости)........................................................82 Определение предела прочности при одноосном сжатии в пластовых условиях........................................................84 Литолого-минералогические исследования...........................................................................................86 Определение гранулометрического состава на лазерном анализаторе..........................................................................88 Определение содержания карбонатных минералов.....................................................................................................90 Исследования горных пород в шлифах......................................................................................................................92 Фильтрационные эксперименты..........................................................................................................94 Определение коэффициентов вытеснения.................................................................................................................96 Определение относительных фазовых проницаемостей.............................................................................................98 .Исследования влияния буровых растворов и технологических жидкостей на проницаемость пород............................100 Исследования влияния кислотных составов на проницаемость пород......................................................................102 Определение размеров зоны проникновения и максимального времени контакта породы с буровыми растворами........104 Анализ результатов исследований керна...................................................................................................106 Заказчики и партнеры..........................................................................................................................108 Контакты...................................................................................................................................................110 TYUMENNIIGIPROGAS 5 ВВЕДЕНИЕ Уважаемые коллеги! Рад приветствовать Вас на страницах нашего каталога. Это не совсем обычный каталог. Он, как и многое в нашей деятельности, создавался преследуя сразу несколько целей. В первую очередь, мы хотели познакомить наших заказчиков с возможностями, особенностями, сильными и слабыми сторонами выполняемых нами исследований. Мы хотим, чтобы наши заказчики имели возможность на стадии планирования геологоразведочных работ составить оптимальный комплекс исследований, обеспечивающий наибольшую практическую полезность, экономичность и щадящее отношение к керну – самому ценному носителю геологической информации. Другой целью данного каталога было создание краткого обзора для наших молодых специалистов, чтобы работая плечом к плечу с коллегами, они быстрее вливались в процесс, находили больше взаимопонимания, осознавая ответственность и важность своей роли для нашего общего дела. Также, понимая свою ответственность перед обществом, мы постарались чтобы наш каталог стал пособием для студентов геологических, геофизических и промысловых специальностей, специалистов смежных направлений и всех тех, кто проявляет интерес к, пожалуй, самому интересному направлению в нефтегазовой отрасли – исследованиям керна. Все было не сразу… История нашего подразделения начиналась чуть более 25 лет назад. В мае 1991 г в Тюменском научноисследовательском институте природных газов и газовых технологий (ТюменНИИгипрогаз) появилась лаборатория физики пласта. Менее чем через год перестало существовать огромное государство, начались тяжелые времена в экономике, «погибло» много ценных производств. Но нашей лаборатории повезло родиться в ТюменНИИгипрогазе. Наличие в институте экспериментального производства позволило нам не только ремонтировать уникальное оборудование, но и расширять его парк. Другое стратегическое преимущество заключалось в том, что наш институт был организацией полного цикла и все смежные специалисты, в т.ч. наши фактические заказчики работали рядом. Мы хорошо знали потребности геологов, геофизиков, разработчиков месторождений. Оперативно получая обратную связь мы корректировали свои методики и состав работ. Результаты наших исследований не лежали годами на полках. Нередко они отправлялись конечному пользователю задолго до оформления официального отчета и успевали вернуться с конструктивными замечаниями. Это был большой бесценный опыт! Отдельной страницей в нашей истории стало внедрение системы менеджмента качества и аккредитация лаборатории. 6 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Поначалу мы делали всё как все, используя накатанные шаблоны. Но как говорится «Сначала- научись играть по правилам - потом придумывай свои». И в один момент мы встали перед выбором: либо мы, соблюдая все рекомендации, создаем формальную систему качества «для проверяющих», которая будет создавать только видимость улучшений, а в реальности будет нас тормозить; либо мы создаем систему «для себя», которая будет помогать нам изменяться в лучшую сторону и решать актуальные проблемы. И мы пошли вторым путем. Пришлось немало поработать в этом направлении, но старания себя оправдали. В результате мы разработали собственные эталоны, внедрили ряд оригинальных решений, позволяющих контролировать и улучшать рабочий процесс, не нанося ему ущерба. Стратегия «Сделай сам!» Как было сказано выше, нам довелось расти в непростое время. Для роста нужны ресурсы, а наши главные ресурсы – опыт и оборудование. И если с первым у нас все обстояло неплохо, то со вторым были серьезные проблемы. Завод «Нефтекип», к тому времени, уже не выпускал петрофизическое оборудование, зарубежные приборы стоили дорого, рынок комплектующих был еще не развит, а отечественных аналогов еще не было. Приходилось делать многое самим. Нас спасало наличие экспериментального производства. Мы делали практически все – от вентилей до кернодержателей и насосов. В дальнейшем, с появлением отечественных производителей, мы стали переходить на заводское оборудование. Но накопленный опыт не пропал даром. Мы стали проектировать установки под свои задачи и заказывать их компоненты у производителей. Сочетание опыта эксплуатации с оптом производства позволило сделать наши исследовательские установки более точными, практичными и надежными, а сборка собственными силами существенно снизила их стоимость. В последнее время мы смещаем акцент на приобретение готовых приборов, произведенных по нашим проектам, при этом концентрируя собственные силы на изготовлении уникальных изделий. Ярким примером такого подхода является мобильная керновая лаборатория ДБ-001, аналогов которой пока нет. Надеемся, что в данном издании Вы найдете для себя немало полезной информации. Желаем Вам успехов в Ваших делах! C уважением, начальник отдела физики пласта А.Г. Борисов НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Долговременное хранение керна в кернохранилище ООО «ТюменНИИгипрогаз» В марте 2009 года введена в эксплуатацию первая очередь кернохранилища, способного вместить 70 тыс. погонных метров керна. Кернохранилище оснащено современным стеллажным оборудованием фирмы «Стел» (г. Санкт-Петербург), штабелером-укладчиком фирмы Jungheinrich (Германия) для укладки керна на стеллажи. Закуплены специальные коробки из гофрокартона для керна, пропитанные огнестойким составом. В помещении поддерживаются стабильные климатические условия, обеспечивающие длительное хранение каменного материала (рис. 2). После отмывки керна от бурового раствора выполняется его укладка в литологическую колонку, просушка и перекладка в специальные коробки для дальнейшего хранения на стеллажах. В настоящее время в кернохранилище помещено более 35,8 тыс. метров кернового материала. На этикетке, наклеенной на коробку и крышку коробки, нанесена вся необходимая информация по заложенному на хранение керну. Пример оформления этикетки приведен на рис. 1. Рис. 1. Оформление этикетки на коробке с керном, заложенным на хранение Рис. 2. Стеллажи для хранения керна TYUMENNIIGIPROGAS 7 ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА РАБОТ Отдел физики пласта ООО «ТюменНИИгипрогаз» одним из первых в Тюменской области прошел аккредитацию в системе аккредитации аналитических лабораторий. В 2015 году Тюменский научно-исследовательский центр, в состав которого входит отдел, прошел очередную аккредитацию в Федеральной службе по аккредитации, что подтверждается аттестатом № RA RU.516327. Отдел осуществляет свою деятельность в соответствии со стандартом ГОСТ ИСО/ МЭК 17025-2009 (ISO/IEC 17025-2005), в частности имеется управляющий по качеству и определена ответственность сотрудников за все виды работ. На предприятии действует система менеджмента качества, соответствующая международному стандарту ISO 9001 и СТО Газпром 9001. Контроль за соблюдением положений системы менеджмента качества осуществляется посредством трехуровневого аудита. Все нормируемые исследования проводятся в соответствии с ГОСТами, ОСТами, а также собственными методиками, аттестованными в Государственном комитете по стандартизации и метрологии. Средства измерений проходят регулярную поверку в государственных органах по стандартизации и метрологии. Помимо этого отдел располагает собственной базой аттестованных эталонных материалов. Для непрерывного контроля за погрешностью и точностью измерений в отделе внедрена система контрольных карт Шухарта. Метрологическое обеспечение работ осуществляет лаборатория качества, сертификации и метрологии ООО «ТюменНИИгипрогаз». C 2009 года отдел активно участвует в межлабораторных испытаниях. Первоначально отдел выступал в качестве организатора таких испытаний, предоставляя собственные стандартные образцы. С 2012 года участвует в межлабораторных испытаниях, проводимых ФГУП «УНИИМ». Полученные свидетельства подтверждают компетентность отдела. Рис. 3. Эталонные материалы собственных и совместных разработок 8 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 4. Стандартные образцы, применяемые для проверки исследовательского оборудования Рис. 5. Контроль точности исследования с помощью карт Шухарта TYUMENNIIGIPROGAS 9 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕЩИНОВАТЫХ И СУЩЕСТВЕННО НЕОДНОРОДНЫХ ПОРОД Исследование полноразмерного керна В последнее время в разработку вводится большое количество сложных залежей нефти и газа, характеризующихся высокой степенью литологической изменчивости и анизотропией свойств. Изучение сложных трещиноватых, высоконеоднородных коллекторов на образцах керна стандартных размеров зачастую не дает достоверных результатов, поскольку размер неоднородностей в них сопоставим с размером образца либо превышает его. Определение фильтрационно-емкостных и электрических свойств таких пород возможно лишь на керне полного диаметра. Для выполнения таких исследований специалистами был разработан ряд установок. Так для измерения пористости и электрического сопротивления пород в стандартных условиях были созданы установки, позволяющие измерять пористость методом Преображенского (жидкостенасыщение) и сопротивление породы перпендикулярно напластованию. Рис. 6. Измерение пористости и проницаемости полноразмерного керна по газу Для изучения пористости и проницаемости в барических условиях пласта была изготовлена установка, позволяющая проводить измерения в различных направлениях, что очень важно для трещиноватых пород. При этом пористость пород измеряется газоволюметрическим методом. Ведется разработка установок для изучения на полноразмерных образцах фазовой проницаемости и влияния буровых растворов на проницаемость призабойной зоны. Рис. 7. Селеванов В.А. – автор установки для исследований полноразмерного керна Рис. 8. Измерение пористости полноразмерного керна методом Преображенского 10 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЛАБОСЦЕМЕНТИРОВАННЫХ ПОРОД Исследование слабосцементированных пород-коллекторов всегда сопровождается рядом проблем, начиная с отбора керна и заканчивая его изучением. При этом они не всегда дают достоверный результат, так как из-за склонности этих пород разуплотняться и разбухать в атмосферных условиях их свойства могут существенно измениться. В связи с этим в отделе физики пласта уже более пяти лет разрабатываются методики, позволяющие изучать свойства слабосцементированных пород в состоянии, близком к их пластовому залеганию. В настоящее время отработаны технологии упаковки керна для сохранения его первоначальной структуры. В зависимости от поставленной задачи выполняется упаковка образцов в термоусадочные трубки из полиолефина, ПВХ, FEP, PTFE. Также, в зависимости от состояния породы, может быть выполнена упаковка образцов с открытыми торцами, торцевыми сетками или торцевыми сетками и шайбами. Для проведения фильтрационных исследований разработан способ упаковки колонок керна с использованием торцевых шайб собственной конструкции. Кроме того, для повышения достоверности исследований слабосцементированных пород, нашими специалистами принимается ряд дополнительных мер: – В процессе исследований для снижения набухания глинистых минералов вместо модели пластовой воды на основе хлорида натрия применяется родная пластовая вода. – Для получения наиболее достоверных результатов исследования фильтрационно-емкостных свойств выполняются при пластовом эффективном давлении. – Для сохранения быстро набухающих пород разработана методика насыщения образов непосредственно в исследовательской установке при пластовом эффективном давлении. Из-за высокой зависимости фильтрационно-емкостных свойств таких пород от эффективного давления рекомендуется все исследования выполнять при эффективном давлении, соответствующем условиям залегания. Рис. 9. Общая схема упаковки образцов слабосцементированных и рыхлых пород Рис. 10. Схема упаковки образцов слабосцементированных и рыхлых пород для снятия кривых капиллярного давления Рис. 11. Схема упаковки слабосцементированных и рыхлых пород для исследования относительных фазовых проницаемостей TYUMENNIIGIPROGAS 11 ПОДГОТОВКА ЭТАЛОННЫХ И ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫХ КОЛЛЕКЦИЙ Цель Создание компактных образцов горных пород, отражающих строение и свойства целевого разреза, и достаточных для выполнения экспериментов óОбласть ГРР ГДМ ГТМ применения результатов P P P  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý недостатки 8 Рекомендуется для x Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна Прочее Временная инструкция «Формирование, хранение и исследование эталонных и представительных коллекций кернового материала месторождений углеводородов и подземных хранилищ газа ОАО «Газпром» (2014 г.) Гамма-спектрометрический комплекс «Мультирад-ГЕО», с программным комплексом «Прогресс», станок отрезной «Колибри СБ К», система фотографирования керна «Фокус-01А» с камерой Hasselblad H3D II (39 МП) Возможность получения относительно компактной и представительной коллекции пород, пригодной для литологического изучения и проведения экспериментов Снижение общего количества образцов, которые можно отобрать из колонки керна, в 2–3 раза Крепких, не хрупких пород Хрупких, слабосцементированных, слоистых пород, пород, боящихся воды 30 мм 1,5” ПРК P I Сопутствующие исследования 12 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Необходимая информация - Данные геофизических исследований скважин, сведения о стратиграфической принадлежности керна Рекомендуется выполнять после продольной распиловки керна Помимо выполнения собственных исследований ООО «ТюменНИИгипрогаз» оказывает услуги по подготовке эталонных и представительных коллекций керна. В настоящее время ведется подготовка эталонных и представительных коллекций для Корпоративного центра по исследованию керна и пластовых флюидов ПАО «Газпром». Эталонная коллекция керна представляет собой продольную срезку 1/3 части полноразмерного керна, которая отражает литологическое строение разреза скважины. Коллекция фотографируется, помещается в картонные коробки, сверху укладывается мягкий заполнитель для исключения перемещения фрагментов в процессе транспортировки. Представительная коллекция представляет собой полноразмерные образцы длиной 10–25 см, отбирающиеся с каждого метра керна. Образцы представительной коллекции предназначены для высверливания из них цилиндров, на которых будут выполняться петрофизические исследования. Имеется возможность подготовки эталонных и представительных коллекций в «жестких» форматах: 1 1 2525|75 | 75   и 2510|90 | 75   . 2 2 Не рекомендуется выполнять подготовку эталонных и представительных коллекций на керне слабосцементированных и хрупких пород, так как при продольной распиловке такие породы сильно дробятся и приходят в негодность для дальнейших исследований. Также не рекомендуется выполнять подготовку эталонных и представительных коллекций на керне диаметром менее 80 мм, так как после продольной распиловки толщина такого керна слишком мала для высверливания цилиндрических образцов. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 12. Изменение состояния керна при подготовке эталонной коллекции на слабосцементированном керне Рис. 14. Пример представительной коллекции Рис. 13. Форматы эталонных и представительных коллекций TYUMENNIIGIPROGAS 13 ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Экспресс-исследования керна на скважине Функциональные возможности мобильных комплексов для экспресс-исследования керна Если недропользователю необходима оперативная (в течение 3–5 дней после вскрытия) и достоверная информация о вскрытых пластах, или необходимо выполнить исследования керна в течение короткого промежутка времени, при сохранении естественного насыщения, что бывает крайне 1 Мобильная лаборатория ДБ-001 Палаточный комплекс 2 3 4 P P необходимо при исследовании сложных коллекторов. То такая задача может быть решена путем проведения 1. Подготовка (мойка, сушка стыковка керна) Данные 2. Литологическое описание керна P P 3. Фотографирование керна в белом и УФ-свете P P 4. Экспресс определение проницаемости профильным методом P P 5. Экспресс определение пористости керна P P 6. Экспресс определение УЭС керна профильным методом P P 7. Люменесцентно-битуминозный анализ P P 8. Изготовление цилиндрических образцов керна (в т. ч. герметизированных) P O палаточные комплекты, позволяющие выполнять экспресс-исследования в летнее время, что удобно на скважинах с вертолетным сообщением. 9. Исследование фильтрационно-емкостных свойств на цилиндрических образцах керна P O Экспресс-исследования выполняются непосредственно на скважине либо на базе в г. Новый Уренгой. 10. Выполнение работ в зимнее время P O экспресс-исследований керна на скважине. исследования пользуются все большим спросом, поскольку позволяют получить достоверную информацию о насыщении и проницаемости пород раньше, чем ГИС и промысловые испытания. Это также позволяет ускорить изучение керна, так как все линейные исследования полноразмерного керна могут быть выполнены на скважине. А в стационарную лабораторию направляются готовые образцы, прошедшие стандартные исследования, и полноразмерный керн в коробках для хранения. В Тюменском научно-исследовательском центре ООО «ТюменНИИгипрогаз» для проведения экспресс-исследований создана мобильная лаборато-рия ДБ-001, позволяющая выполнять в полевых условиях комплекс исследований на полноразмерном керне. Кроме того, в лаборатории имеются станки для изготовления цилиндрических образцов керна для отправки в стационарную лабораторию. По функциональным характеристикам лаборатория не имеет аналогов в России и за рубежом. Кроме того, нашими специалистами, созданы полевые 14 Наименование работ ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS 15 ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Линейные исследования (на полноразмерном керне) Линейные исследования являются первичным обязательным звеном в традиционной цепочке изучения керна. Они выполняются на всем извлеченном керне и позволяют получить общую информацию о породах, слагающих разрез, приблизительно оценить их потенциал и привязать по глубине к данным геофизических исследований скважин. В ходе линейных исследований с помощью визуальных и профильных методов изучается полноразмерный керн. Информативность линейных исследований может быть повышена путем продольной распиловки керна. Это позволяет дополнительно изучить текстуры пород, условия их осадконакопления и сделать снимки высокого разрешения, для дальнейшего выполнения литолого-седиментологических исследований без выезда в кернохранилище. Также по результатам линейных исследований отбираются образцы для стандартных и литолого-минералогических исследований. 16 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS 17 Линейные исследования (на полноразмерном керне) ФОТОГРАФИРОВАНИЕ В БЕЛОМ СВЕТЕ Цель óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества Фиксация первоначального вида свежего керна. Создание снимков текстур высокого разрешения для литологоседиментологических исследований ГРР ГДМ ГТМ P РД 00158758-198-98 Система фотографирования керна «Фокус-01А» с камерой Hasselblad H3D II (39 МПх) Дает наглядное представление о породах. Получение снимков высокого разрешения, фиксация мелких текстур ý - Недостатки 8 Всех видов пород Рекомендуется для x - Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна 30 мм 1,5” ПРК P I Сопутствующие исследования Необходимая информация Прочее 18 Продольная распиловка керна даные геологотехнологических исследований Рекомендуется выполнять на керне с продольной распиловкой ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Керн является прямым и самым точным источником информации о породах, слагающих залежь, поэтому керновая информация является наиболее достоверной по сравнению с другими видами исследований. Однако из-за больших габаритов, веса и жестких требований к транспортировке, керн доступен лишь узкому кругу научных специалистов, как правило работающих в петрофизической лаборатории. Непосредственно увидеть керн не имеют возможности геофизики, выполняющие интерпретацию геофизических исследований скважин и составляющие связи Керн-ГИС; геологи, строящие геологическую модель залежи; разработчики, проектирующие методы и схему разработки, и т. д. Для того, чтобы эти специалисты могли получить представление о находящихся на глубине породах, производится цифровое фотографирование и описание керна. Информативность фотографий может быть повышена путем продольной распиловки керна. Это позволяет дополнительно изучить текстуры пород, условия их осадконакопления и сделать снимки высокого разрешения, что позволяет выполнять дальнейшие литолого-седиментологические исследования без выезда в кернохранилище. Фотографирование проводится на отмытом от бурового раствора и разложенном в литологическую колонку керне при равномерном освещении, спектр которого близок к естественному, что обеспечивает наилучшую цветопередачу и дифференциацию отложений. В ООО «ТюменНИИгипрогаз» фотографирование керна осуществляется с помощью системы «Фокус01А» производства НТЦ «Амплитуда». Для освещения используются специальные фотографические осветители LowelRifa-EX, создающие ровное белое освещение. Съемка выполняется цифровой фотокамерой Hasselblad H3D II c 39-мегапиксельной CCD-Матрицей. Изначально снимки сохраняются в формате RAW (CR2), после чего обрабатываются в программе Adobe Photoshop с целью коррекции цветовых и геометрических искажений, вносимых объективом фотокамеры. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 15. Установка для фотографирования керна «Фокус-01А» Рис. 16. Цифровые цветные фотографии нераспиленного керна Рис. 17. Фотографии распиленного керна в белом свете TYUMENNIIGIPROGAS 19 Линейные исследования (на полноразмерном керне) ФОТОГРАФИРОВАНИЕ В УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ СВЕТЕ Цель óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки Получение представления о характере насыщения керна. Выявление мест с естественным насыщением и зон проникновения фильтрата бурового раствора ГРР ГДМ P P ГТМ Система фотографирования керна «Фокус-01А» с камерой Hasselblad H3D II (39 МПх) и УФ-лампами VL-215.L Позволяет быстро наглядно выделить интервалы углеводородного насыщения, выявить зоны промытые фильтратом бурового раствора Влияние на результаты исследований оказывают проникновение в керн фильтратов буровых растворов и испарение флюидов в процессе хранения керна Всех видов пород Рекомендуется для xНе - рекомендуется для 30 мм 1,5” ПРК P I Сопутствующие исследования Необходимая информация 20 Рекомендуется выполнять на свежем керне (сразу после поднятия из скважины) с продольной распиловкой. Для четкого выявления зон проникновения фильтрата при бурении рекомендуется добавлять в раствор флуоресцирующий индикатор РД 00158758-198-98 8 •⃝● Форматы керна Прочее Продольная распиловка керна даные геологотехнологических исследований ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Ряд химических веществ обладает свойством люминесценции в ультрафиолетовом свете, т. е. при облучении лучами ультрафиолетового диапазона излучают лучи видимого спектра. При этом свечение каждого вещества индивидуально: оно определяется его химическим составом и характеризуется цветом и интенсивностью, что позволяет идентифицировать вещество или обнаруживать его присутствие. К таким веществам относятся углеводороды, карбонатные минералы, а также специальные добавки в буровой раствор, используемые для оценки проникновения его в керн. Частицы вещества, способного люминесцировать, поглотив световую энергию, приходят в особое возбужденное состояние, которое длится очень короткий промежуток времени (порядка 8–10 с.). Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные частицы отдают избыток энергии в виде света – люминесценции. Согласно правилу Стокса, люминесцирующее вещество, поглотившее световую энергию волны определенной длины, излучает свет обычно большей длины волны. Поэтому, когда возбуждение производится невидимыми длинными ультрафиолетовыми лучами, люминесценция приходится на видимую область спектра и может быть любого цвета – от фиолетового до красного. Основной целью фотографирования в ультрафиолетовом свете является выявление сохранившегося в керне углеводородного насыщения (нефть, конденсат, адсорбированный газ), а также оценка проникновения фильтрата бурового раствора в керн. Наиболее яркое свечение в ультрафиолете дают флуоресцирующие добавки и легкие углеводороды. Менее ярко светятся карбонатные и некоторые другие минералы. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Карбонатный прослой В ООО «ТюменНИИгипрогаз» фотографирование керна в ультрафиолетовом свете осуществляется с помощью системы «Фокус-01А» (НТЦ «Амплитуда»). Для облучения керна ультрафиолетовым излучением используются ультрафиолетовые лампы Viber Lourmat VL-215.L с фильтром, дающим монохромное длинноволновое излучение с длиной волны 365 нм. Съемка выполняется цифровой фотокамерой Hasselblad H3D II c 39-мегапиксельной CCD-Матрицей. Изначально снимки сохраняются в формате RAW (CR2), после чего обрабатываются в программе Adobe Photoshop с целью коррекции геометрических искажений, вносимых объективом фотокамеры. Рис. 18. Свечение карбонатных минералов в УФ-свете Следует отметить, что на результаты исследований влияет проникновение в керн фильтрата бурового раствора. Также после извлечения керна из скважины поровое пространство постепенно покидают легкие углеводороды и адсорбированный газ. Поэтому для получения наиболее информативных результатов рекомендуется выполнять фотографирование на продольно-распиленном керне как можно раньше после излечения его из скважины. Рис. 19. Фотографии керна с естественным насыщением и проникновением фильтрата БР Цифровые цветные фотографии керна в ультрафиолетовом свете высокого разрешения 1. Коричневый оттенок, наблюдающийся в некоторых интервалах не является естественным, а появился в результате окисления фильтрата бурового раствора. 2. Появление коричневого оттенка наблюдалось по краям керна, после его продольного распиливания. В большинстве случаев удалить коричневый оттенок удавалось путем отмыва мест его проявления водой. 3. Сам факт окрашивания керна говорит о проникновении фильтрата бурового раствора в керн. 4. Установлено, что отобранный керн промыт фильтратом водного бурового раствора, а также из-за негерметичного хранения существенная часть легких углеводородов испарилась. 5. По краям керна наблюдаются сильно промытые зоны, оставшиеся практически без ультрафиолетового насыщения. 6. Непромытые зоны с явными признаками сохраненных углеводородов очень редки, в основном в микрослойках окруженных глинистым материалом. Рис. 20. Анализ снимков в белом и ультрафиолетовом свете TYUMENNIIGIPROGAS 21 Линейные исследования (на полноразмерном керне) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ГАММА-АКТИВНОСТИ ПОРОД С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ПЛОТНОСТИ Цель óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки Получение профиля гамма-активности и плотности керна для точной привязки керна к данным геофизических исследований скважин ГРР ГДМ ГТМ P МВИ № 40090.3.Н700 Гамма-спектрометрический комплекс «Мультирад-Гео», с программный комплексом «Прогресс» Высокое вертикальное разрешение Влияние на результаты исследований трещин, отсутствующих интервалов и интервалов с неполным диаметром 8 Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна 30 мм 1,5” ПРК P I - Сопутствующие исследования - Необходимая информация Прочее Рекомендуется выполнять до продольной распиловки и отбора образцов Исследования проводятся на измерительном комплексе «Мультирад-Гео». Керн, в порядке напластования, выкладывается на транспортер, который доставляет его в измерительную камеру. Принцип измерения радиоактивности в комплексе «Мультирад–Гео» основан на регистрации гамма-квантов, излучаемых породой в емкости, защищенной от прямого попадания внешнего гамма-излучения (рис. 22). Установка 22 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ регистрирует каждый гамма-квант, попавший в детектор, и определяет его энергию. Результаты измерений передаются в компьютер, где путем накопления показаний программным комплексом «Прогресс-2000», производится построение спектра гамма-излучения. Полученный спектр путем матричных решений разлагается на спектры трех природных радионуклидов (238U, 232Th и 40K), по которым оценивается их удельное содержание. Также путем интегрирования спектра вычисляется общая (суммарная) гамма-активность, которая приводится в эквиваленте 238U. Для повышения точности измерений в установке используется четыре сцинтилляционных детектора гамма-излучения на основе кристаллов NaI(Tl) (63 х 63 мм). Перед началом измерений выполняется калибровка энергетической шкалы прибора по контрольному источнику 137Cs+40К. Для исключения влияния на результаты измерений внешнего гаммафона используется специальный фоновый образец и свинцовая защита детекторов. Измерение плотности керна производится по рассеиванию искусственного гамма-излучения, которое создается маломощным источником на основе 137Cs. Излучение, проходя сквозь керн, рассеивается породообразующими минералами, остаточное излучение улавливается детектором плотномера. По интенсивности этого излучения программным комплексом «Прогресс-2000» вычисляется плотность пород. Следует отметить, что программный комплекс «Прогресс-2000» не измеряет и не учитывает форму фрагментов колонки керна, принимая ее за правильный цилиндр заданного диаметра. Поэтому в интервалах с раздробленным керном и там, где отсутствуют фрагменты или керн неполного диаметра, наблюдаются заниженные показания плотности. Аномально низкие значения плотности также наблюдаются на стыках фрагментов. Кроме того, следует учитывать, что в интервалах коллекторов плотность, измеренная по колонке керна, всегда меньше плотности по ГИС и выше объемной плотности сухой породы из-за частичной потери и высыхания пластовых флюидов. Измерения выполняются на всем керне с шагом 0,1 м и экспозицией 5 мин. в каждой точке. Контроль качества измерений радиоактивности осуществляется по стандартным образцам радиоактивности 238U, 232Th и 40K. Контроль качества измерений плотности осуществляется по стандартному образцу плотностью 2,6989 г/см3 и по показаниям на пустом транспортере. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 21. Связь гамма-активности с петрофизическими параметрами Рис. 22. Установка «Мультирад-Гео» Рис. 23. Калибровка установки «Мультирад-Гео» TYUMENNIIGIPROGAS 23 Линейные исследования (на полноразмерном керне) ПОДРОБНОЕ ЛИТОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ Цель óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки Литологическая типизация пород, выявление литотипов потенциально обладающих коллекторскими свойствами. Документирование визуально наблюдаемых особенностей не передаваемых с помощью фотографии ГРР ГДМ ГТМ P Выполняется в программном модуле Primary Core Reaserch программного комплекса GiproLab Позволяет выявить большинство литологических особенностей пород Определенная субъективность описания, зависящая от опыта специалиста Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Прочее 24 Визуальное литологическое послойное описание керна проводится сверху вниз, от верхнего интервала отбора керна к нижнему. Описание каждого слоя выполняется в следующей последовательности: РД 00158758-198-98 8 30 мм 1,5” ПРК P P P Продольная распиловка керна данные геологотехнологических исследований, полевого описания, экспресс-тестов (ЛБА) Рекомендуется выполнять на керне с продольной распиловкой ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Визуальное литологическое описание проводится для точного литологического документирования отложений, слагающих разрез скважины. При этом описывается не только внешний вид отложений, но и параметры, которые весьма трудно определить по фотографии, такие как: минеральный состав, зернистость, твердость, слюдистость, карбонатность микротрещиноватость, органические включения, признаки насыщения (запах), реакция с соляной кислотой и др. – название породы; – цвет породы; – структурные особенности; – минеральный состав (включая аутигенные минералы); – текстурные особенности; – включения слоев и линз. При наличии отмечаются: – несогласный характер контактов слоев; – следы тектонической деятельности (трещины, зеркала скольжения); – закономерность изменения структурных и текстурных признаков по слою; – включения фауны и флоры, угля, растительного детрита, следы жизнедеятельности организмов с указанием их размеров и глубины залегания; – признаки насыщения углеводородами (запахи, выпоты); – признаки карбонатных минералов (реакция с 5%-ным раствором HCl). При описании также учитываются результаты оперативной интерпретации геофизических исследований скважин и полевое описание керна. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 24. Описание керна в программном комплексе GiproLab Керн № 1 Интервал: 3099–3101 м. Проходка 2 м. ЛВК = 2 м (100 %) № слоя 1 Инт. от верха керна / h слоя 0–1,25 м (1,25 м) 2 1,25–2 м (0,75 м) Краткое описание керна Переслаивание аргиллита и алевролита. Аргиллит темно-серый, косослоистый с примесью алевритистого материала с редкими остатками растительного детрита, слюдистый. Алевролит серый, косослоистый. Толщина слойков аргиллита колеблется от первых долей мм до 1–5 см, алевролита от первых мм до 1–3 см. Песчаник серый, мелкозернистый, косослоистый, алевритистый с редкими остатками растительного детрита на сколе свежий запах углеводородов. Местами просматриваются включения и редкие прослойки 1–3 мм аргиллита темно-серого, косослоистого, слюдистого. Керн № 2 Интервал: 3101–3106,8 м. Проходка 5,8 м. ЛВК = 5,5 м (94,83 %) № слоя 1 Инт. от верха керна / h слоя 0–2,08 м (2,08 м) 2 2,08–5,5 м (3,42 м) Краткое описание керна Песчаник серый, средне-мелкозернистый, косослоистый местами алевритистый с включениями и редкими остатками углисто-слюдистого детрита в основном в виде прослоек 1–2 мм на сколе свежий запах углеводородов. Песчаник серый, мелкозернистый, косослоистый, алевритистый с включениями и остатками по всему слою углисто-слюдистого детрита в основном в виде прослоек 1–3 мм. На сколе свежий запах углеводородов. Керн № 3 Интервал: 3106,8–3112,4 м. Проходка 5,6 м. ЛВК = 5 м (89,29 %) № слоя 1 Инт. от верха керна / h слоя 0–1,72 м (1,72 м) 2 1,72–3,86 м (2,14 м) 3 3,86–5 м (1,14 м) Краткое описание керна Песчаник серый, мелкозернистый, косослоистый, алевритистый с включениями и редкими остатками углисто-слюдистого детрита в основном в виде прослоек 1–2 мм на сколе свежий запах углеводородов. Песчаник серый, средне-мелкозернистый, косослоистый местами алевритистый с включениями и редкими остатками углисто-слюдистого детрита. На сколе свежий запах углеводородов. Песчаник серый, мелкозернистый, косослоистый, алевритистый с включениями и редкими остатками растительного детрита. На сколе свежий запах углеводородов. Керн № 4 Интервал: 3112,4–3118,4 м. Проходка 6 м. ЛВК = 4,7 м (78,33 %) № слоя 1 Инт. от верха керна / h слоя 0–0,77 м (0,77 м) 2 0,77–2,21 м (1,44 м) Краткое описание керна Песчаник светло-серый, мелкозернистый, косослоистый, алевритистый с редкими остатками растительного детрита, слюдистый. На сколе свежий запах углеводородов. Песчаник серый, средне-мелкозернистый, косослоистый местами алевритистый с включениями и редкими остатками углисто-слюдистого детрита на сколе свежий запах углеводородов. Рис. 25. Литологическое описание в таблице TYUMENNIIGIPROGAS 25 Линейные исследования (на полноразмерном керне) ПРИВЯЗКА ГЛУБИНЫ ОТБОРА КЕРНА К КРИВЫМ ГИС Цель óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки Построение связей Керн-ГИС, установление фактического выноса керна, выявление межинтервальных потерь, проверка правильности сборки колонки керна ГРР ГДМ ГТМ P РД 00158758-198-98 Программный комплекс GeoOffice Solver Достоверность привязки к разрезу скважины Точность привязки зависит от литологической изменчивости керна и правильности сборки колонки керна 8 Всех видов пород Рекомендуется для x - Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна 30 мм 1,5” ПРК P I - Сопутствующие исследования Необходимая информация Результаты определения гамма-активности и плотности керна, литологического описания, определения фильтрационноемкостных свойств Прочее 26 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Для привязки интервалов отбора керна к данным геофизических исследований скважин используются результаты определения гамма-активности и плотности керна, его литологическое описание и фотографии. Привязка осуществляется в программном комплексе GeoOffice Solver путем сопоставления кривых гамма и гамма-гамма-каротажа, полученных на керне и в скважине. Правильность привязки проверяется по соответствию данных геофизических исследований скважин литологическому описанию, фотографиям керна, результатам его стандартных и профильных исследований (пористость, проницаемость). В процессе привязки выявляются межинтервальные потери керна, неправильность сборки колонки керна на скважине, наличие «подброшенного» керна. Устанавливается фактический вынос и уточненные координаты интервалов отбора. Результаты привязки и скорректированные места отбора образцов керна представляются в табличном виде. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Долбление Уточнение линейного выноса керна по результатам описания и привязки к данным геофизических исследований скважин 1 К-1 К-2 К-3 К-4 К-5 К-6 К-7 К-8 К-9 К-10 К-11 К-12 К-13 К-14 К-15 К-16 Интервал отбора керна По данным ГТИ и полевого описания По данным послойного литологического описания ЛВК верх, м 2 3188,00 3305,00 3315,50 3735,59 3747,30 3759,32 3830,00 3844,00 3858,00 3869,00 3905,00 3916,20 3924,90 3983,00 3997,00 4011,00 низ, м 3 3201,00 3315,50 3322,00 3747,30 3759,30 3765,81 3844,00 3858,00 3869,00 3880,00 3916,20 3924,90 3930,00 3997,00 4011,00 4022,10 м 4 1,50 10,50 6,50 10,80 12,00 6,10 14,00 14,00 8,00 6,00 7,60 8,70 3,80 14,00 9,20 12,10 % 5 11,54 100,00 100,00 92,23 100,00 93,99 100,00 100,00 72,73 54,55 67,86 100,00 74,51 100,00 65,71 109,00 ЛВК м 8 1,30 10,30 3,30 10,30 11,40 5,97 14,50 13,90 8,10 5,75 7,70 9,00 4,20 13,80 9,25 11,80 % 9 10,00 98,10 50,77 87,96 95,00 91,99 103,57 99,29 73,64 52,27 68,75 103,45 82,35 98,57 66,07 106,31 По данным послойного литологического описания без перевыноса ЛВК м 12 1,30 10,30 3,30 10,30 11,40 5,97 14,50 13,90 8,10 5,75 7,70 9,00 4,20 13,80 9,25 11,80 д. ед 13 0,10 0,98 0,51 0,88 0,95 0,92 1,00 0,99 0,74 0,52 0,69 1,00 0,87 0,99 0,66 1,00 По результатам увязки с ГИС Сдвиг образцов ЛВК м 16 1,30 10,30 3,30 10,30 11,40 5,97 14,50 13,90 8,10 5,75 7,70 9,00 4,20 13,80 9,25 11,80 д. ед. 17 0,10 0,98 0,51 0,99 0,95 0,92 1,00 0,99 0,74 0,52 0,69 1,00 0,87 0,99 0,98 1,00 м 18 3,50 -1,60 -1,60 -1,50 -2,80 -0,50 -0,70 -0,20 -0,20 -0,20 5,40 7,40 7,70 1,10 1,10 -3,50 TYUMENNIIGIPROGAS 27 Линейные исследования (на полноразмерном керне) ПРИВЯЗКА ГЛУБИНЫ ОТБОРА КЕРНА К КРИВЫМ ГИС Скважина: ПО-1 Свита: Ванаварская Пласт: Вн-3-4 и Вн-5 Интервал отбора: К15: 2478,5 - 2498,5 м (сдвиг 0,5 м) К16: 2498,5 - 2512,5 м (сдвиг 0,5 м) К17: 2512,5 - 2519,6 м (сдвиг 0,5 м) УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Доломит Доломит ангидридистый Ангидрит Песчаник глинистый Песчаник с включениями аргиллита Аргиллит Алевролит Алевролит глинистый Переслаивание песчаника Рис. 26. Выявление неправильной сборки колонки керна на буровой (сопоставление измерений в скажине и на керне показывает, что в интервале глубин 2506-2514 колонка керна собрана неправильно) 28 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Скважина: №41-п Пласт: Ю1(2) и Ю1(3-4) Интервал отбора: К4:2435,8 - 2441,8 м (сдвиг 3,8 м) К5: 2441,8 - 2451,8 м (сдвиг 3,8 м) К6: 2451,8 - 2461,8 м (сдвиг 3,8 м) К7: 2461,8 - 2471,8 м (сдвиг 4,2 м) К8: 2471,8 - 2481,8 м (сдвиг 4,2 м) К9: 2481,8 - 2490,8 м (сдвиг 4,2 м) УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Аргиллит с включением песчаника Песчаник с включением алевролита и аргиллита Переслаивание песчаника, аргиллита и алевролита Аргиллит с включениями песчаника и аллевролита Песчаник карбонатный Алевролит карбонатный Песчаник с включениями угля Алевролит с включениями песчаника и аргиллита Алевролит с включениями угля Переслаивание алевролита с песчаником Алевролит с включением аргиллита Аргиллит Переслаивание песчаника и аргиллита Песчаник Песчаник известковистый Песчаник с включениями аргиллита Уголь Песчаник с включением алевролита Уголь с включениями аргиллита Алевролит Рис. 27. Выявление межинтервальных потерь керна по результатам привязки TYUMENNIIGIPROGAS 29 Линейные исследования (на полноразмерном керне) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОМ Цель óОбласть применения результатов  Получение профиля проницаемости керна для привязки керна к кривым ГИС и отбора образцов на стандартные исследования ГРР ГДМ P P ГТМ API RP-40 НД Зондовый пермеамер Core Lab РРР-250 Применяемое оборудование þ Недорогой метод по сравнению с измерением проницаемости на цилиндрических образцах. Позволяет оценивать среднюю проницаемость сложных слоистых пластов, дает более детальную картину распределения проницаемости по разрезу ý Влияние на результаты исследований флюидов, присутствующих в поровом пространстве, трещин, неровностей, мелких неоднородностей Преимущества Недостатки 8 Всех видов пород Рекомендуется для x Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна Техногенно разрушенного керна 30 мм 1,5” ПРК P I Сопутствующие исследования Продольная распиловка керна - Необходимая информация Прочее 30 Рекомендуется выполнять на продольно распиленном керне ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Рис. 28. Сопоставление результатов измерений проницаемости на образцах и профильным экспресс-методом НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 29. Схема газового пермеаметра PPP-250 При изучении сложных и сильно неоднородных пластов, а также при решении ряда задач в области разработки месторождений возникает необходимость построить профиль проницаемости пласта (фильтрационную модель) с высоким вертикальным разрешением. Также профиль проницаемости позволяет оптимизировать отбор образцов для стандартных исследований керна, сократив отбор из низкопроницаемых и увеличив отбор из высокопроницаемых разностей. В этом случае прибегают к измерениям проницаемости профильным методом (экспресс-методом), который дешевле и быстрее стандартного, однако уступает ему в точности измерений. Профильный метод представляет собой экспрессный способ оценки газопроницаемости пород на полноразмерном керне (без отбора образцов) путем нагнетания в него воздуха. Для измерения используется зондовый газовый пермеаметр PPP-250 (CoreLab Instrumens), схема которого приведена на рис. 29. Измерение осуществляется при нестационарной фильтрации по методу спада давления (Pulse Decay). Перед началом измерений зонд прибора прижимается к спиленной поверхности керна. Через вентиль В1 заполняется баллон высокого давления. Затем через открытые вентили В2 и В3 заполняются воздухом накопительная и измерительная емкости. При этом давление в них поддерживается с помощью регулятора давления на уровне 45 Psi (310,2 кПа). После этого измерительная емкость отсекается от накопительной вентилем В3 и открывается вентиль В4. Давление воздуха в измерительной емкости в ходе измерения регистрируется преобразователем давления и передается на компьютер. Расчет проницаемости осуществляется автоматически с помощью специальной программы PPP-250. Контроль качества измерений осуществляется по стандартным образцам газопроницаемости СО-ГП. Рис. 30. Замер проницаемости экспресс-методом TYUMENNIIGIPROGAS 31 ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Подготовка образцов горных пород к стандартным исследованиям Петрофизические анализы требуют подготовки проб. Она заключается в очистке порового пространства пород от остатков пластовых и технических флюидов (фильтрат бурового раствора, изолирующая жидкость) для достоверного определения коллекторских свойств. 32 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS TYUMENNIIGIPROGAS 33 Подготовка образцов горных пород к стандартным исследованиям ЭКСТРАКЦИЯ ОБРАЗЦОВ В СПИРТОБЕНЗОЛЬНОЙ СМЕСИ Цель óОбласть применения результатов  Удаление из порового пространства пород остатков насыщающих углеводородов ГРР ГДМ ГТМ P P P НД ГОСТ 26450.0-85 Экстрактор Сокслета Применяемое оборудование þ Щадящий метод по сравнению с CO2экстракцией Преимущества ý Недостатки Большая длительность. Экстракция высоковязких нефтей длиться более одного месяца. В процессе экстракции изменяется смачиваемость породы, как правило, в сторону гидрофильности 8 Всех пород, на которых планируется определение пористости и газопроницаемости x Для образцов, на которых планируется определение естественной смачиваемости Рекомендуется для Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования 30 мм 1,5” ПРК P P P Отмыв образцов от солей в дистиллированной воде Необходимая информация Прочее 34 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - - Экстракция образцов керна выполняется для удаления из порового пространства остатков углеводородов, мешающих корректному определению пористости и проницаемости. Для экстракции, как правило, используются органические растворители, способные растворять большинство естественных углеводородных соединений. Вместе с углеводородами, заполняющими поровое пространство, при экстракции вымываются адсорбированные углеводороды, которые существенно влияют на смачиваемость поверхности пор. В результате при экстракции нефтенасыщенных пород теряется их естественная смачиваемость. Поэтому экстракцию не рекомендуется выполнять на образцах, которые отбираются для определения смачиваемости. Экстракция выполняется в аппаратах Сокслета и заключается в периодическом погружении экстрагируемых образцов в дистиллированный растворитель. В качестве растворителя используется спиртобензольная смесь (соотношение 1:2), поскольку извлеченные из скважины образцы содержат загрязнения как углеводородного, так и водного характера. Бензол растворяет и выводит из образцов жидкие углеводороды (нефть, конденсат). Спирт частично выводит воду, фильтрат бурового раствора и водорастворимые соли. Принцип работы аппарата Сокслета (рис. 34) следующий. В колбе 1, установленной на нагреватель, производится испарение растворителя. Пары чистого растворителя, поднимаясь по трубке 2, проходят через экстракционную насадку 4 и попадают в холодильник 3. Конденсируясь в холодильнике, растворитель стекает вниз на экстрагируемые образцы 6. Экстракционная насадка 4 заполняется до тех пор, пока уровень растворителя не заполнит сифон 5. После заполнения сифона грязный растворитель самопроизвольно стекает из экстракционной насадки 4 в колбу 1. При испарении грязного растворителя соли и тяжелые углеводороды остаются в колбе, а легкие – улетучиваются, поднимаясь через холодильник. Процесс экстракции продолжается до тех пор, пока растворитель, накапливающийся в экстракционной насадке, не станет прозрачным. После экстракции образцы проветриваются и отмываются от солей в горячей дистиллированной воде. Отмывка продолжается до отсутствия реакции воды с раствором AgNO3. Затем образцы высушиваются до постоянного веса в сушильных шкафах при температуре 105 °С. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 31. Выполнение экстракции в аппаратах Сокслета Рис. 32. Образец нефтенасыщенного керна до и после экстракции Рис. 33. Влияние экстракции на пористость и проницаемость пород Рис. 34. Аппарат Сокслета Рис. 35. Потемнение растворителя в процессе экстракции (естественный цвет растворителя – прозрачный) TYUMENNIIGIPROGAS 35 ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Стандартные исследования Стандартные исследования представляют собой массовые виды анализов, которые выполняются на образцах керна по стандартным методикам в стандартных условиях. Их основной задачей является получение статистических распределений фильтрационно-емкостных и других свойств в пластах и выбор представительных коллекций для специальных исследований, фильтрационных экспериментов, испытания буровых растворов и технологических жидкостей. По результатам стандартных исследований строятся основные петрофизические зависимости и распределения. Эти характеристики отражают свойства пород в стандартных (атмосферных) условиях. Однако они могут быть скорректированы по результатам специальных исследований. Для этого должны быть сформированы представительные коллекции образцов от каждого пласта, так как специальные исследования не могут выполняться массово из-за сложности, длительности и высокой стоимости. 36 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS TYUMENNIIGIPROGAS 37 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ НАСЫЩЕНИЕМ МОДЕЛЬЮ ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ, РАСЧЕТ ОБЪЕМНОЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПОРОД Цель Получение распределений пористости влажных пород. Подготовка образцов для специальных исследований, изучения электрических и капиллярных свойств óОбласть ГРР ГДМ ГТМ применения результатов P P P ГОСТ 26450.1-85 НД Установка насыщения и донасыщения образцов, аналитические весы AND GR-200 Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки 8 Рекомендуется для x Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация 38 Прочее Рекомендуется выполнять исследования на родной пластовой воде для снижения набухания и растворения минералов Все образцы Рекомендуемый объем исследований  Необходимые материалы Низкая стоимость, быстрота исследований, прямой метод Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления) Искажения из-за набухающих, гидратируемых и растворимых минералов Проба пластовой воды объемом 50 л (при возможности) Определение открытой пористости жидкостенасыщением (метод Преображенского) входит в состав обязательных исследований, которым подвергаются все образцы керна, и является наиболее достоверным способом определения пористости. Технология позволяет выполнять измерения на образцах любой формы. Измерение производится путем трехкратного взвешивания образца в различных состояниях: 1) высушенном до постоянной массы (М1), г; 2) насыщенном моделью пластовой воды – раствором NaCl (М3), г; 3) насыщенном моделью пластовой воды и погруженным в нее (М2), г. Крепких сцементированных пород Сильно набухающих пород, содержащих водорастворимые и гидратируемые минералы 30 мм 1,5” ПРК P P P Экстракция Обессоливание Результаты анализа пластовых вод ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Рис. 36. Взвешивание образца породы в трех состояниях По результатам взвешиваний вычисляются: Êïî (â) = Кпо(в) M 3 − M1 M3 − M2 объемная плотность δ кмп êìï = M 1 ⋅ δ æж M1 − M 2 открытая пористость δ ïп = M 1 ⋅ δ æж M3 − M2 минералогическая плотность НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Для полного насыщения порового пространства образцы насыщаются под вакуумом и высоким давлением в следующей последовательности. Сначала образцы и модель пластовой воды вакуумируются в течение 8 часов в отдельных сосудах для максимального удаления из них воздуха. Затем модель пластовой воды плавно переливается в сосуд с образцами для капиллярной пропитки (вакуум при этом сохраняется). В результате образцы полностью погружаются в воду. После выхода пузырьков из образцов в сосуд подается атмосферное давление. Затем образцы вместе с моделью пластовой воды помещаются в камеру высокого давления, где выдерживаются под давлением в 150 атм. Это обеспечивает пропитку самых мелких пор и полное растворение остатков воздуха. Рис. 37. Измерение пористости по воде Контроль качества измерений осуществляется по стандартным образцам пористости СО-ОП. Контроль глубины вакуума выполняется тепловыми вакуумметрами Мерадат. Рис. 38. Распределение открытой пористости в различных литотипах Рис. 40. Взаимосвязь открытой пористости и объемной плотности в коллекторах с выдержанной литологией Рис. 39. Распределение пористости в разных скважинах Рис. 41. Взаимосвязь открытой пористости и объемной плотности в коллекторах с сильной литологической изменчивостью TYUMENNIIGIPROGAS 39 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ НАСЫЩЕНИЕМ КЕРОСИНОМ, РАСЧЕТ ОБЪЕМНОЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПОРОД Цель Получение распределений пористости пород подверженных набуханию и растворению в воде. Подготовка образцов для специальных исследований Все образцы Рекомендуемый объем исследований óОбласть ГРР ГДМ ГТМ применения результатов P P P  Установка насыщения и донасыщения образцов, аналитические весы AND GR-200 Применяемое оборудование Преимущества ý Недостатки 8 Рекомендуется для x Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна Сопутствующие исследования Экстракция Обессоливание Необходимая информация Необходимые материалы Прочее - - - ГОСТ 26450.1-85 НД þ I Низкая стоимость, быстрота исследований, прямой метод Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления) Необходимость последующей экстракции пород Сильно набухающих пород, содержащих водорастворимые и гидратируемые минералы Определение открытой пористости жидкостенасыщением (метод Преображенского) входит в состав обязательных исследований, которым подвергаются все образцы керна, и является наиболее достоверным способом определения пористости. Технология позволяет выполнять измерения на образцах любой формы. Измерение пористости по керосину производится путем трехкратного взвешивания образца в различных состояниях: 1) высушенном до постоянной массы (М1), г; 2) насыщенном керосином (М3), г; 3) насыщенном керосином и погруженным в него (М2), г. Пород с битуминозным цементом 30 мм 1,5” ПРК P P P Рис. 42. Взвешивание образца породы в трех состояниях 40 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ По результатам взвешиваний вычисляются: Êïî (â) = Кпо(к) M 3 − M1 M3 − M2 объемная плотность δ кмп êìï = M 1 ⋅ δ æж M1 − M 2 открытая пористость δ ïп = M 1 ⋅ δ æж M3 − M2 минералогическая плотность Для полного насыщения порового пространства образцы насыщаются под вакуумом и высоким давлением в следующей последовательности. Сначала образцы и керосин вакуумируются в течение 8 часов в отдельных сосудах для максимального удаления из них воздуха. Затем керосин плавно переливается в сосуд с образцами для капиллярной пропитки (вакуум при этом сохраняется), так что образцы полностью погружаются в керосин. После прекращения выхода пузырьков в сосуд подается атмосферное давление. Затем образцы вместе с керосином помещаются в камеру высокого давления, где выдерживаются под давлением 150 атм. Это обеспечивает пропитку самых мелких пор и полное растворение остатков воздуха. Рис. 43. Аналитические весы AND GR-200 Контроль качества измерений осуществляется по стандартным образцам пористости СО-ОП. Контроль глубины вакуума осуществляется тепловыми вакуумметрами. Рис. 44. Сопоставление пористости, измеренной по воде и керосину в различных литотипах TYUMENNIIGIPROGAS 41 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ И ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ ПО ГЕЛИЮ ГАЗОВОЛЮМЕТРИЧЕСКИМ СПОСОБОМ Цель Получение распределений пористости слабосцементированных пород Все образцы Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  ГРР ГДМ ГТМ P P P МВИ 56-223-2004 НД Гелиевый пермеаметрпорозиметр AP-608 Применяемое оборудование þ Низкая стоимость, быстрота исследований Преимущества ý Плохо работает на породах с проницаемостью менее 0,1 мД 8 Слабосцементрованных пород Недостатки Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Пород с проницаемостью менее 0,1 мД 30 мм 1,5” ПРК P P P Быстрый и недорогой метод определения открытой пористости без насыщения образца, аналог метода насыщения керосином. Выполняется только на образцах цилиндрической формы. Предпочтителен для слабосцементированных пород, где отшелушивание частичек породы вносит искажения в определение пористости методами насыщения. Измерение пористости производится на автоматизированном пермеаметре (порозиметре AP-608) согласно закону Бойля – Мариотта в автоматическом режиме в следующем порядке: гелий подается в систему, состоящую из образца породы, и технологических емкостей (трубки, сосуды, регулятор объема), объем которых заранее известен. Давление доводится до необходимого уровня (1,4 МПа) и после стабилизации производится его замер. Затем регулятор объема, представляющий собой управляемый поршень, увеличивает объем системы на определенную величину. Установившееся в системе давление измеряется и автоматически производится расчет открытой пористости: ÊïîКпо(Не) (H e )= где Vпï V ⋅ ( P2 − P1 ) + P2 ⋅ ∆V , = T Vобр ( P1 − P2 ) ⋅ Vобр îáð îáð Кпо(Не)– открытая пористость по гелию, д. ед.; Vп – объем пор образца, м3; Vобр – объем образца породы (вычисляемый исходя из его длины и диаметра), м3; VT – объем технологических емкостей, м3; Экстракция Обессоливание Р2 – давление в системе после расширения ее объема, Па; Р1 – давление в системе до расширения ее объема, Па; ∆V– расширение объема системы, м3. Необходимая информация Необходимые материалы Прочее 42 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - - - НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 45. Измерение пористости по гелию Рис. 46. Сопоставление пористости, определенной по воде и гелию слабосцементированных набухающих Рис. 47. Сопоставление пористости, определенной по воде и гелию в крепких уплотненных породах TYUMENNIIGIPROGAS 43 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ МЕТОДОМ ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Цель Получение значений пористости, а также экспресс-определение остаточной водонасыщености, проницаемости и структуры порового простраства пород Все образцы Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование ГРР ГДМ ГТМ P P P СТЛ 223.13.17.109-2013 Ядерно-магнитный анализатор «Протон-20М» þ Низкая стоимость, быстрота исследований, возможность использования как водонасыщенных так и керосинонасыщенных образцов, возможность оценки доли капиллярносвязаной и глинистосвязанной воды ý Низкая точность определения неосновных параметров (проницаемость, эффективная пористость, доля капиллярно-связанной и глинисто-связанной воды 8 Пористых пород, не разрушающихся при насыщении водой (керосином) Преимущества Недостатки Рекомендуется для xНе рекомендуется для Пород, содержащих окислы железо и ферромагнитные минералы •⃝● Форматы керна 30 мм 1,5” P 44 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Прочее Экстракция Обессоливание Результаты анализа пластовых вод Проба пластовой воды объемом 50 л (при возможности) Рекомендуется выполнять исследования на родной пластовой воде для снижения набухания и растворения минералов Исследование пористости пород методом ядерномагнитного резонанса позволяет получить не только значения открытой пористости, но и приблизительное представление о структуре порового пространства, остаточной водонасыщенности и проницаемости пород. В основе метода ядерно-магнитного резонанса лежит способность спинов ядер водорода вступать в резонанс с высокочастотным электромагнитным полем и после снятия этого поля излучать электромагнитный сигнал (спиновое эхо) в течение короткого времени. Благодаря тому, что амплитуда данного сигнала пропорциональна количеству ядер водорода, можно определить пористость породы насыщенной водой или другой водородсодержащей жидкостью. ПРК Рис. 48. ЯМР-анализатор «Протон-20М» НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В основе определения дополнительных параметров методом ядерно-магнитного резонанса лежит способность пористых сред ускорять затухание спинов ядер водорода. Благодаря тому, что одним из главных факторов затухания является релаксационная активность поверхности породы, существует статистическая зависимость между размером поры и временем поперечной релаксации. То есть чем меньше размер пор, тем меньше время поперечной релаксации. Следует отметить, что данная связь носит нелинейный характер и не является однозначной. Породообразующие минералы обладают разной релаксационной активностью, а в крупных порах и кавернах связь теряется из-за сильного удаления молекул воды от поверхности минералов. Метод ядерно-магнитного резонанса не является полным аналогом капилляриметрии и ртутной порометрии, в которых решающую роль играют размеры и конфигурация поровых перешейков, а также степень связи между ними. Методом ядерно-магнитного резонанса оцениваются релаксационные свойства ядер водорода в породе, которые не зависят от текстурных особенностей. Для выполнения замеров используется импульсная последовательность Карра – Парселла – Мейбум – Гилла (CPMG). Катушкой прибора создается последовательность высокочастотных импульсов, которые магнитным полем приводят спины ядер водорода в резонанс. В промежутках между импульсами излучающая катушка играет роль приемной и регистрирует сигналы спинового эха от ядер водорода. Совокупность сигналов спинового эха образуют кривую релаксации, которая является первичным результатом исследования. Рис. 49. Принцип разделения пор на компоненты методом ЯМР Рис. 50. Спектр ЯМР в полностью и частично-насыщенном образце Путем математической обработки ее раскладывают в дифференциальный спектр времен релаксации, который путем интегрирования преобразовывается в интегральный. По интегральному спектру методом отсечек производится определение содержания в поровом пространстве глинисто-связанной воды, капиллярно-связанной, свободной и кавернозной воды. Рис. 51. Изменение релаксационной активности поверхности породы до и после экстракции TYUMENNIIGIPROGAS 45 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПО ВОЗДУХУ (ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ) Цель Получение распределений проницаемости пород. Подготовка образцов для специальных исследований Все образцы Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  Газопроницаемость – стандартная величина, характе ризующая фильтрационные свойства породы. Газопроницаемость нефтегазоносных пород является весьма условной величиной, поскольку измеряется на сухих образцах, очищенных от каких-либо флюидов и их остатков. В реальных пластах настолько чистых пород не бывает. Как минимум, в поровом пространстве пласта присутствует остаточная водонасыщенность, значение которой варьирует в зависимости от конкретных геологических условий. Тем не менее, измерения газопроницаемости необходимы, поскольку они характеризуют породу независимо от ее насыщения, а также для отбора коллекций образцов на специальные исследования. Рекомендуется выполнять измерения газопроницаемости параллельно и перпендикулярно напластованию пород для оценки анизотропии проницаемости. ГРР ГДМ ГТМ P P P ГОСТ 26450.2-85 НД Газовый пермеаметр КА-210 Определение газопроницаемости пород производится по воздуху при стационарной фильтрации согласно ГОСТ 26450.2-85. Измерения проводятся с помощью газового пермеаметра KA-210 на образцах правильной цилиндрической формы, при стационарной фильтрации и линейном направлении потока газа. Высушенный образец помещается в кернодержатель, в котором с помощью резиновой манжеты под давлением 3 МПа обжимается его боковая поверхность, чтобы не допустить прохождения газа между манжетой и боковой частью образца. На вход образца подается воздух и после стабилизации процесса фильтрации выполняются замеры давления на входе в образец, давления на выходе и расход газа, по которым и рассчитывается газопроницаемость. Применяемое оборудование þ Низкая стоимость, быстрота исследований Преимущества ý Недостатки Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления) 8 Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования 30 мм 1,5” ПРК P P P Экстракция Обессоливание ( p12 − p22 ) ⋅ F , 2000 ⋅ Q ⋅ µ ⋅ L ⋅ ðáàð 10-15 м2 (1,0133 мД); Kпрïð гã –=газопроницаемость, ( p12 − p22 ) ⋅ F 2000 ⋅ Q ⋅–µобъемный ⋅ L ⋅ ðáàð расход газа в стандартных услогде 1 Необходимые материалы 46 2000 ⋅ Q ⋅ µ ⋅ L ⋅ рðбар áàð K ïð ã = виях, см3/с; ( p12 − p22 ) ⋅ F 2000 ⋅ Q ⋅ µ ⋅–Lдинамическая ⋅ ðáàð вязкость воздуха, мПа .с; K ïð ã = 2000 ⋅ Q ( p⋅12µ−⋅ L p22⋅–)ðдлина ⋅áàð F образца, см; K ïð ã = 2 2 р – барометрическое давление в стандартF - ( p − p ) ⋅ бар Необходимая информация Прочее Kпр ïð гã = Рекомендуется выполнять измерения параллельно и перпендикулярно напластованию ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ 2 ных условиях, 0,1 МПа; р1, р2– абсолютное давление соответственно на входе и выходе образца, 0,1 МПа; F – площадь поперечного сечения образца, см2. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 52. Распределение газопроницаемости в различных литотипах Рис. 53. Взаимосвзь пористости и газопроницаемости в различных литотипах Рис. 54. Распределение газопроницаемости в пласте в различных скважинах Рис. 55. Взаимосвязь пористости и газопроницаемости в пласте в различных скважинах TYUMENNIIGIPROGAS 47 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПО ВОЗДУХУ С ПОПРАВКОЙ КЛИНКЕНБЕРГА Определение абсолютной проницаемости Цель 10 % образцов Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  ГРР ГДМ ГТМ P P P ГОСТ 26450.2-85 НД Газовый пермеаметр КА-210 Применяемое оборудование þ Дает значения, близкие к проницаемости породы по жидкости ý Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления) 8 Низкопроницаемых пород Преимущества Недостатки Рекомендуется для x Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Поскольку в реальности таких жидкостей не существует, имеются лишь косвенные методы ее оценки. Наиболее популярный метод – определение абсолютной газопроницаемости посредством многократного измерения газопроницаемости при разных давлениях газа в образце и экстраполяции замеров газопроницаемости к бесконечному давлению. Определение производится согласно ГОСТ 26450.285 [6] графическим методом. Для этого производится пятикратное измерение газопроницаемости при различных средних давлениях воздуха в образце (среднее давление определяется как полусумма абсолютных давлений на входе и выходе образца). Во избежание сильного влияния турбулентности потока на образце поддерживается постоянный перепад давления. Для этого осуществляется регулирование давления как на входе, так и на выходе. По результатам измерений строится график зависимости газопроницаемости от величины, обратной среднему давлению. После отбраковки результатов, явно выпадающих из общей зависимости, она аппроксимируется линейной функцией. За абсолютную газопроницаемость принимается отрезок, отсекаемый линейной функцией на оси Кпр, (т. е. 1/Рср = 0, Рср = ∞). Высокопроницаемых пород 30 мм 1,5” ПРК P P P Экстракция Обессоливание Необходимая информация Необходимые материалы Прочее 48 Абсолютная газопроницаемость является стандартной величиной и характеризует проницаемость породы для некой несжимаемой жидкости, инертной к поверхности минералов. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - - - Рис. 56. Измерение абсолютной газопроницаемости НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 57. Графический метод определения абсолютной газопроницаемости Рис. 58. Сопоставление газопроницаемости и абсолютной газопроницаемости в различных пластах TYUMENNIIGIPROGAS 49 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПО ВОЗДУХУ Цель Измерение проницаемости пород в присутствии остаточной водонасыщенности. Построение поправочных зависимостей за остаточную водонасыщенность Необходимые материалы 15 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть ГРР ГДМ ГТМ применения результатов P P P  ГОСТ 26450.2-85 НД Газовый пермеаметр КА-210 Применяемое оборудование þ Преимущества Быстрый и недорогой метод по сравнению с выполнением эксперимента по определению относительных фазовых проницаемостей ý Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления) 8 Всех пород с газопроницаемостью более 0,1 мД Недостатки Рекомендуется для x Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования 50 Состав пластовой воды Необходимая информация Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее - Часть порового пространства коллектора всегда занята остаточной водой. Она сужает сечение поровых каналов и не все пространство пор участвует в фильтрации, что ухудшает проницаемость породы. Поэтому газопроницаемость, замеренная на сухих образцах, не отражает реальной ситуации в пласте. Эффективная газопроницаемость характеризует проницаемость породы для газа в присутствии остаточной воды. По сути, это упрощенный аналог фазовой проницаемости. В отличие от последней, эффективная газопроницаемость измеряется по воздуху, только при неподвижной водной фазе и в стандартных условиях. Как правило, эффективная газопроницаемость в два и более раз ниже, чем обычная. Это соотношение возрастает с увеличением фильтрационно-емкостных свойств и снижается с их уменьшением. Пород с проницаемостью менее 0,1 мД 30 мм 1,5” ПРК P P P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды. Определение водоудерживающей способности или кривой капилярного давления ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ – Зерна породы – Газ – Вода Рис. 59. Сужение поровых каналов остаточной водонасыщенностью НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ При снижении фильтрационно-емкостных свойств до определенного уровня остаточная водонасыщенность перекрывает все узкие перешейки поровых каналов, в результате эффективная газопроницаемость падает до нуля. Поэтому данные эффективной газопроницаемости также используются для оценки нижнего предела коллектора. Определение эффективной газопроницаемости выполняется так же, как и определение газопроницаемости (по ГОСТ 26450.2-85), однако исследуемые образцы находятся не в сухом состоянии, а в условиях модельной остаточной водонасыщенности. Моделирование последней осуществляется в процессе исследования капиллярных характеристик методом центрифугирования. За остаточную принимается водонасыщенность на последней точке кривой капиллярного давления (т. е. создается так называемая неснижаемая водонасыщенность). После центрифугирования образцы некоторое время выдерживаются в покое для более равномерного распределения водонасыщенности. Только после этого производится замер их газопроницаемости. Также имеется возможность замера эффективной газопроницаемости на каждой ступени кривой капиллярного давления. Рис. 60. Кривые относительной фазовой проницаемости, построенные по результатам замеров эффективной проницаемости по газу и воде на разных ступенях капиллярного давления Рис. 61. Сопоставление газопроницаемости и эффективной газопроницаемости в различных пластах TYUMENNIIGIPROGAS 51 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОУДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ Цель Получение оценочных значений остаточной водонасыщенности в породе 15 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  ГРР ГДМ ГТМ P P P ОСТ 39-204-86 НД Применяемое оборудование Центрифуга Jouan KR-25i c угловым ротором AKL 100.21 þ Менее дорогой и более быстрый метод по сравнению с капилляриметрией ý Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления). Нет возможности исследования остаточной водонасыщенности в переходной зоне Преимущества Недостатки 8 Всех крепких пород Рекомендуется для x Не рекомендуется для •⃝● Форматы керна Определение водоудерживающей способности представляет собой экспрессный способ определения остаточной водонасыщенности в породе. Результаты используются также для построения петрофизических связей типа Кп-Кво, Кпр-Кво. Определение производится методом центрифугирования на образцах стандартной высоты 3 см согласно ОСТ 39-204-86. Для создания остаточной водонасыщенности используется центрифуга Jouan KR-25i c угловым ротором AKL 100.21. Остаточная водонасыщенность определяется при капиллярном давлении 0,3 МПа, что соответствует частоте вращения 6310 об/мин. для данного ротора (частота подбиралась согласно эмпирической зависимости, полученной путем сопоставления результатов центрифугирования и капилляриметрии). Насыщенность образца определяется путем взвешивания на аналитических весах AND GR-200 c разрешением 0,0001 г. Образец, предварительно взвешенный в сухом состоянии, на 100 % насыщается моделью пластовой воды и взвешивается в насыщенном состоянии, после чего центрифугируется в течение часа при вышеуказанной частоте вращения. По окончании образец снова взвешивается. Квс= (М4-М1)/(M3-M1), где Квс – водоудерживающая способность, %; М1 – масса сухого образца, г; М3 – масса 100%-но насыщенного образца, г; М4 – масса образца после центрифугирования, г. Слабосцементированных, сланцеватых пород 30 мм 1,5” ПРК P I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 52 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 62. Взаимосвязь Квс и гамма-активности пород НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 63. Центрифуга Jouan KR-25i Рис. 64. Взаимосвязь Квс и фильтрационно-емкостных свойств пород TYUMENNIIGIPROGAS 53 Стандартные исследования СНЯТИЕ КРИВОЙ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПОЛУПРОНИЦАЕМОЙ МЕМБРАНЫ Цель Получение кривых капиллярного давления для геологического и гидродинамического моделирования, изучение высоты переходной зоны 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки 8 Рекомендуется для ГРР ГДМ ГТМ P P P Гравиметрическая капиллярная система GCS-765, аналитические весы AND GR-200 Дает более достоверный результат по сравнению с методом центрифугирования, более адекватен физическим процессам происходящим в пласте. В отличие от определения водоудерживающей способности позволяет определить насыщение на различных уровнях над ВНК (ГВК) Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления и температуры) Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Также по капиллярным характеристикам можно оценить распределение диаметров поровых каналов, участие пор в фильтрации при различных режимах разработки и др. Метод полупроницаемой мембраны является наиболее достоверным способом получения капиллярной кривой. В ходе исследования образец горной породы, полностью насыщенный моделью пластовой воды, помещается в камеру десатурации и устанавливается на полупроницаемой мембране, которая также насыщена моделью пластовой воды. Для обеспечения капиллярного контакта между образцом и мембраной делается подкладка из фильтровальной бумаги, также насыщенная моделью пластовой Монолитных непроницаемых пород 30 мм 1,5” ПРК P P P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 54 Кривые капиллярного давления используются для расчета высоты переходных зон водонефтяного и газоводяного контактов и как исходная информация для построения геологических и гидродинамических моделей. Всех видов терригенных пород рекомендуется для I Капиллярные свойства являются своего рода «паспортными» характеристиками коллектора, тесно связанными с его фильтрационно-емкостными свойствами и наиболее полно отражающими структуру порового пространства. СТЛ 223.13.17.112/2013 xНе •⃝● Форматы керна Капиллярное давление является одной из главных характеристик капилляров, образующих поровое пространство горной породы. Поскольку это пространство формируется капиллярами разного диаметра, порода не может иметь единого капиллярного давления. В горных породах оно характеризуется кривой капиллярного давления, которая представляет собой интегральную характеристику капиллярных давлений каналов в диапазоне, поддающемся изучению. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 65. Общая схема капилляриметра НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 66. Камеры десатурации горных пород воды. Затем в камеру подается увлажненный воздух, давление которого поднимается до необходимого значения. Под действием сжатого воздуха вода уходит из каналов, чье капиллярное давление ниже давления воздуха. Она покидает камеру десатурации через полупроницаемую мембрану и попадает в мерную емкость. Эксперимент продолжается до полного прекращения оттока воды. После образец извлекается из камеры и взвешивается на аналитических весах. По потере веса определяется объем оттока воды и степень насыщения образца. Эксперимент повторяется несколько раз при разных капиллярных давлениях. По результатам серии экспериментов строится кривая капиллярного давления и может быть рассчитана эффективная пористость пород. Рис. 67. Взаимосвязь открытой и эффективной пористости в различных геологических телах подвод воздуха Прижимной груз Исследуемый образец Прокладка Полупроницаемая мембрана отвод для воды Рис. 68. Выполнение исследований на гравиметрической капиллярной системе GCS-765 Рис. 69. Устройство камеры десатурации горных пород TYUMENNIIGIPROGAS 55 Стандартные исследования СНЯТИЕ КРИВОЙ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ Цель Получение кривых капиллярного давления для геологического и гидродинамического моделирования, изучение высоты переходной зоны 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование ГРР ГДМ ГТМ P P P СТЛ 223.13.17.140/2013 Ультрацентрифуга URC-628 аналитические весы AND GR–200 þ Менее дорогой и более быстрый метод по сравнению с методом полупроницаемой мембраны ý Косвенный метод. Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления и температуры) Преимущества Недостатки 8 Всех видов терригенных пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Монолитных непроницаемых пород 30 мм 1,5” ПРК P P P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Существует более быстрый, но косвенный способ получения кривых капиллярного давления – метод центрифугирования. В процессе центрифугирования вытеснение смачивающего флюида (воды) производится центробежной силой, возникающей при вращении образца породы с большой частотой. Поскольку данная сила действует не только на границе раздела фаз, а на весь вытесняемый флюид, достигается гораздо большая скорость дренирования образца. Преимуществом метода является быстрота получения результата. Однако метод обладает и недостатками. Первый недостаток заключается в том, что отсутствует четкая физическая связь между частотой вращения и создаваемым капиллярным давлением. Второй недостаток – сглаживание получаемых кривых капиллярного давления, что приводит к искажению их формы, в результате капиллярные кривые не всегда выходят на асимптоту (остаточную водонасыщенность). В ходе исследования образец горной породы, полностью насыщенный моделью пластовой воды помещается в стакан центрифуги, где центрифугируется с определенной частотой вращения. Под действием центробежной силы вода покидает образец, собираясь в мерной трубке. Выход воды контролируется с помощью специальной высокочастотной видеокамеры, которая выполняет синхронные снимки накопительных трубок. Эксперимент продолжается до полного прекращения оттока воды, после чего ротор останавливается, образец извлекается и взвешивается на аналитических весах. По потере веса определяется объем оттока воды и степень насыщения образца. Состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 56 Как уже было сказано ранее капиллярные свойства являются своего рода «паспортными» характеристиками коллектора, тесно связанными с его фильтрационно-емкостными свойствами и наиболее полно отражающее структуру порового пространства. Однако получение кривой капиллярного давления прямым методом (методом полупроницаемой мембраны) представляет собой весьма сложный и длительный процесс, занимающий от двух до шести месяцев. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 70. Принцип исследования НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 71. Насыщение образца и распределение вытесняющего давления в нем: а) в начальный момент центрифугирования; б) в процессе центрифугирования; в) распределение капиллярных давлений в образце (модель П. Форбса); г) распределение воды в образце после центрифугирования (томографический снимок, под снимком показаны кривые, отражающие водонасыщенность вдоль оси образца) Рис. 72. Центрифуга URC-628 для изучения капиллярных характеристик пород Эксперимент повторяется несколько раз при различных частотах вращения давлениях. По результатам серии экспериментов производится пересчет частот вращения в капиллярные давления и строится кривая капиллярного давления. Рис. 73. Капиллярная петрофизическая модель, построенная по результатам экспериментов TYUMENNIIGIPROGAS 57 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРА ПОРИСТОСТИ В СТАНДАРТНЫХ УСЛОВИЯХ Цель Получение зависимости Pн=f (Кв) для интерпретации электрических методов каротажа. Отбор коллекций на определение параметра пористости в пластовых условиях Все образцы Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование ГРР ГДМ P P ГТМ СТЛ 223.13.17.113/2013 Установка EPS-A , кондуктометр АНИОН-4100, гравиметрическая þ Относительно недорог по сравнению с анализами в пластовых условиях ý Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления и температуры) Преимущества Недостатки 8 Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования 30 мм 1,5” ПРК P P P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Определение параметра пористости в стандартных условиях Определение водоудерживающей способности или ККД Необходимая информация Необходимые материалы Состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 58 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Параметр пористости необходим при интерпретации электрического каротажа (БКЗ, БК, КС, ИК, ВИКИЗ), поскольку является свойством горной породы и индивидуален для каждой фации. Он показывает, во сколько раз удельное электрическое сопротивление породы будет выше удельного электрического сопротивления насыщающей ее воды при условии 100%-ного насыщения. Определение параметра пористости в пластовых условиях является весьма трудоемкой и длительной процедурой, поэтому большинство исследований выполняют в атмосферных условиях, а исследования в пластовых условиях производят на узкой выборке образцов. Затем по построенным корреляционным зависимостям значения, полученные в атмосферных условиях, приводятся к пластовым. Для измерения удельного электрического сопротивления используется установка EPS-A (Vinci Technologies) c измерителем иммитанса GW INSTEK LCR-817. Установка представляет собой двухэлектродный кернодержатель открытого типа, в котором образец зажимается между электродами. Сила прижатия электродов к торцам является равной для всех образцов и составляет 0,3 МПа. Измерение сопротивления производится по переменному току с частотой 1 кГц. Предварительно все образцы насыщаются моделью пластовой воды до 100 % и выдерживаются в ней при комнатной температуре. В качестве модели пластовой воды используется раствор NaCl с минерализацией, соответствующей пластовой воде. Непосредственно перед измерением на контактные пластины накладываются прокладки из фильтровальной бумаги, насыщенные моделью пластовой воды (для обеспечения надежного контакта неровной поверхности образца с пластинами). Прокладки зажимаются между пластинами под давлением 0,3 МПа, после чего производится замер контактного сопротивления. Затем из модели пластовой воды извлекается образец, боковая поверхность его обтирается влажной фильтровальной бумагой до получения матовой поверхности (для удаления воды с поверхности). К торцам образца прикладываются прокладки, и он зажимается между контактными пластинами, после чего производился замер сопротивления. Измеренное сопротивление пересчитывается в удельное электрическое сопротивление и приводится к температуре 20 °С, после чего производится расчет параметра пористости как отношение удельного электрического сопротивления образца к удельному электрическому сопротивлению насыщающей его воды. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 74. Установка EPS-A: 1- прижимное устройство; 2 - изолятор; 3 - контактная пластина; 4 - прокладка из фильтровальной бумаги; 5 - образец породы Рис. 75. Выполнение сопротивления замеров электрического Рис. 76. Взаимосвязь пористости и параметра пористости в различных типах пород TYUMENNIIGIPROGAS 59 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРА НАСЫЩЕНИЯ В СТАНДАРТНЫХ УСЛОВИЯХ Цель Получение зависимости Pн=f (Кв) для интерпретации электрических методов каротажа 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть ГРР ГДМ ГТМ применения результатов P P P  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки СТЛ 223.13.17.113/2013 Центрифуга Jouan KR-25i c угловым ротором AKL 100.21 Установка EPS-A, кондуктометр АНИОН-4100, гравиметрическая капиллярная система GCS-765 Параметр насыщения, также может быть определен лишь при исследовании относительных фазовых проницаемостей типа нефть-вода, но с меньшей точностью и большими трудозатратами Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления) 8 Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования 30 мм 1,5” ПРК P P P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Определение параметра пористости в стандартных условиях Определение водоудерживающей способности или кривой капиллярного давления 60 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Состав пластовой воды Необходимая информация Необходимые материалы Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее Рекомендуется выполнять определения в процессе исследования кривой капиллярного давления в гравиметрической капиллярной системе Параметр насыщения необходим при интерпретации электрического каротажа (БКЗ, БК, КС, ИК, ВИКИЗ) и показывает во сколько раз удельное электрическое сопротивление частично водонасыщенной породы выше удельного сопротивления породы, насыщенной водой на 100 %. Так же как и параметр пористости, он индивидуален для каждой фации. Невозможно одновременно точно измерить степень насыщения породы водой и ее электрическое сопротивление в пластовых условиях, поэтому определение параметра пористости производится только в стандартных условиях. Для определения параметра насыщения образы горных пород, на которых предварительно определена пористость и параметр пористости, насыщаются моделью пластовой воды. Затем на центрифуге Jouan KR-25i либо в гравиметрической системе GCS-765 производится десатурация, в процессе которой из образцов удаляется часть воды (при этом сохраняется довольно равномерное насыщение). После этого по потере веса определяется насыщенность образцов и измеряется их удельное электрическое сопротивление на установке EPS-A. Эксперимент повторяют несколько раз, добиваясь каждый раз новой степени насыщения. По результатам измерений рассчитывается параметр насыщения и строится зависимость: Pн = f (Кв). НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 77. Взаимосвязь водонасыщенности и параметра насыщения в различных типах пород Рис. 78. Установка для измерения удельного электрического сопротивления образцов керна в стандартных условиях TYUMENNIIGIPROGAS 61 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ Цель Получение исходных данных для построения геомеханических моделей месторождений 16 образцов с каждого литотипа Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  ГРР НД Применяемое оборудование ГДМ ГТМ P P Установка Autolab-1500 - Преимущества ý Недостатки Замеры в стандартных условиях (без эффективного давления и температуры) 8 Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Пределы прочности горных пород определяются в стандартных условиях на образцах, насыщенных моделью пластовой воды, согласно ГОСТ 21153.284 (предел прочности при одноосном сжатии) и ГОСТ 21153.3-85 [13] (предел прочности при одноосном растяжении). ГОСТ 21153.2-84, ГОСТ 21153.3-85 þ Прочностные свойства горных пород (пределы прочности при сжатии и растяжении) являются исходной информацией для расчета предельных репрессий на пласт при бурении, а также для построения геомеханических моделей залежей. Пределы прочности пород необходимо учитывать для предотвращения обвалов стенок скважины в процессе бурения, самопроизвольного гидроразрыва пласта, успешного проведения гидроразрыва пласта и т. п. Определение пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении производится путем сдавливания образца горной породы между параллельными плоскостями до его разрушения (появления первой трещины). Эксперимент производится на модернизированной установке Autolab-1500, дополненной нагружным устройством ИП-250. С помощью встроенного в установку Autolab-1500 насоса производится плавное увеличение давления масла под поршнем 4, рис. 79. При этом установка осуществляет непрерывную регистрацию давления масла и продвижения поршня. 1 2 Монолитных непроницаемых пород 30 мм 1,5” ПРК P P P 3 2 4 Autolab 1500      Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды         ° ° ИП-250 1 – шарнир; 2 – сжимающие плиты; 3 – исследуемый образец; Необходимая информация Необходимые материалы Состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 62 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 79. Схема установки исследования проч4 – масляныйдля поршень ностных свойств горных пород: 1 – шарнир; 2 – сжимающие плиты; 3 – исследуемый образец; 4 – масляный поршень НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Для определения предела прочности при одноосном сжатии образец сжимается аксиально. Для определения предела прочности при одноосном растяжении используются образцы только круглой цилиндрической формы, образец сжимается перпендикулярно оси. F F F F а) б) Рис. 80. Способы сжатия образца для определения пределов прочности при: а) одноосном сжатии; б) растяжении Сразу после разрушения образца эксперимент останавливается. За разрушающую силу принимается максимальное значение силы, зафиксированное непосредственно перед разрушением. Для определения предела прочности при одноосном сжатии образец сжимался аксиально (рис. 80а). При этом предел прочности вычислялся по формуле: σсж = 10·K·F/S, где σсж – предел прочности при одноосном сжатии, МПа; Рис. 81. Зависимость прочностных характеристик пород от пористости K – коэффициент высоты, который зависит от соотношения высота/диаметр; F – разрушающая сила, кН; S – площадь поперечного сечения образца, см2. Для определения предела прочности при одноосном растяжении использовались образцы только круглой цилиндрической формы, образец сжимался перпендикулярно оси (рис. 80б). При этом предел прочности вычислялся по формуле: σр = 10·F/S, где σр – предел прочности при одноосном растяжении, МПа; F – разрушающая сила, кН; S – площадь разрыва, равная произведению диаметра на высоту образца, см2. Рис. 82. Диаграмма напряжения образца в процессе определения предела прочности TYUMENNIIGIPROGAS 63 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМАЧИВАЕМОСТИ ПО ОСТ 39-180-85 Цель Определение характера смачиваемости поверхности 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  ГРР ГДМ P P ОСТ 39-180-85 НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки Центрифуга Jouan KR-25i c угловым ротором AKL 100.21 аналитические весы AND GR-200 Быстрый и недорогой метод по сравнению с методом Аммота-USBM Метод не предназначен для пород с проницаемостью менее 10 мД 8 Всех видов терригенных пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация ГТМ Монолитных непроницаемых пород 30 мм 1,5” ПРК P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Состав пластовой воды Смачиваемость поверхности порового пространства является важным свойством горной породы, определяющим распределение флюидов и характер фильтрации флюидов в процессе эксплуатации залежи. Традиционно смачиваемость поверхности вещества каким-либо флюидом определяется путем измерения контактного угла капли, нанесенной на ровную поверхность этого вещества. Однако выполнить такой тест для пористой горной породы не представляется возможным. Вопервых, изготовить ровную поверхность из породы коллектора невозможно, так как поры всегда будут создавать неровности. Во-вторых, смачиваемость поверхности порового пространства определяется не столько минеральным составом породы, сколько адсорбированным на ее поверхности веществом (полярные углеводороды, окислы железа и т. д.). Поэтому распиленные зерна минералов не будут отражать реальной смачиваемости пор. В-третьих, смачиваемость породы водой и углеводородными жидкостями носит относительный характер. Породы, как правило, хорошо смачиваются и теми и другими флюидами, но бывают преимущественно гидрофильными или преимущественно гидрофобными. Также весьма распространены породы с промежуточной и смешанной смачиваемостью, когда отдельные участки поверхности обладают гидрофильными, а другие гидрофобными свойствами. Поэтому в петрофизике разработано несколько способов оценки смачиваемости поверхности порового пространства. Наиболее популярные методы: Аммота, USBM, ОСТ 39-180-85. Метод, описанный в ОСТ 39-180-85, отличается простотой и оперативностью. В его основе лежит серия определений насыщенности образца весовым методом при поочередной пропитке керосином и дистиллированной водой. При этом производятся операции, указанные в таблице, по завершении которых показатель смачиваемости вычисляется по формуле: M = (P4 - P3)/(P5 - P3), где M – показатель смачиваемости; Необходимые материалы Прочее 64 Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Рекомендуется выполнять исследования на неэкстрагированных образцах ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ P3 – вес образца в воде до капиллярной пропитки, г; P4 – вес образца в воде после капиллярной пропитки, г; P5 – вес образца в воде после центрифугирования, г. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Последовательность определения характера смачиваемости пород 6. 1. Капиллярная пропитка образца водой, путем помещения его в емкость с водой на 20 ч. Взвешивание 100%-но насыщенного водой образца в воде (P1) 2. Капиллярная пропитка образца керосином, путем помещения его в емкость с керосином на 20 ч. 7. Взвешивание образца в воде (P4) 3. Взвешивание образца в воде (P2) 8. Центрифугирование образца в воде в течение 30 мин. 4. Центрифугирование образца в керосине в течение 30 мин. 9. Взвешивание образца в воде (P5) 5. Взвешивание образца в воде (Р3) TYUMENNIIGIPROGAS 65 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМАЧИВАЕМОСТИ ПО ОСТ 39-180-85 Показатель смачиваемости является безразмерной величиной и представляет собой отношение объема керосина вытесненного при помощи капиллярной пропитки за 20 ч., к максимально вытесняемому объему керосина при центрифугировании образца в дистиллированной воде в течении 30 мин. На основании полученного показателя смачиваемости определяется характеристика поверхности породы: – если 0,0 <М<0,2 – поверхность считается гидрофобной; – если 0,2 <М<0,4 – поверхность считается преимущественно гидрофобной; – если 0,4 <М<0,6 – поверхность считается промежуточной смачиваемости; – если 0,6 <М<0,8 – поверхность считается преимущественно гидрофильной; – если 0,8 <М<1,0 – поверхность считается гидрофильной. Рис. 84. Распределение показателя М в коллекторе со смешанной смачиваемостью 66 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Рис. 83. Центрифуга Jouan KR-25i для изучения характера смачиваемости пород Рис. 85. Распределение показателя М в преимущественно гидрофильном коллекторе НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 86. Изменение смачиваемости пород до и после экстракции Рис. 87. Взаимосвязь смачиваемости и фильтрационно-емкостных свойств в отдельных видах коллекторов TYUMENNIIGIPROGAS 67 Стандартные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПРОДОЛЬНЫХ (ПОПЕРЕЧНЫХ) ВОЛН В СТАНДАРТНЫХ УСЛОВИЯХ Цель Получение зависимости τP=f (Кп), и τS=f (Кп) для интерпретации акустического каротажа и расчета упругих свойств породы Все образцы Рекомендуемый объем исследований óОбласть ГРР ГДМ ГТМ применения результатов P P P  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки Система измерения акустических свойств горных пород в пластовых условиях УЗК-2 Экспрессность, массовость, быстрота, невысокая стоимость Отличие значений, полученных в атмосферных условиях, от пластовых рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Слабосцементированных пород 30 мм 1,5” ПРК P P P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 68 Определение скорости продольных (поперечных) волн основано на измерении времени пробега волн через керн. В процессе замера 100%-но насыщенный моделью пластовой воды образец помещается в кернодержатель лабораторной установки. С помощью пьезоэлектрических преобразователей, расположенных в штоках кернодержателя, излучаются и принимаются ультразвуковые импульсы. По времени прохождения импульса через образец рассчитывается скорость пробега продольной (поперечной) волны. Крепких, сильно уплотненных, сильно неоднородных пород Рекомендуется для xНе Для интерпретации данных акустического каротажа используются результаты лабораторных замеров интервальных времен пробега продольных и поперечных волн. Исследования в стандартных условиях являются массовым экспрессным методом, позволяющим получить приблизительную форму зависимости, которую необходимо в дальнейшем уточнить по результатам аналогичных исследований в пластовых условиях. СТЛ 223.13.17.139-2013 8 Акустические свойства горных пород являются важными геофизическими параметрами, необходимыми для интерпретации акустических методов геофизических исследований скважин и расчета упругих свойств породы. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 88. Схема установки для измерения скорости продольных (поперечных) волн в породах в стандартных условиях НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 89. Зависимость интервального времени пробега продольных волн от пористости, построенная по результатам определения скорости продольных волн в стандартных условиях Рис. 90. Измерение скоростей продольных и поперечных волн TYUMENNIIGIPROGAS 69 ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Специальные исследования «Специальные» означает, что методики данных исследований не являются исключительно стандартными, а специально адаптируются под условия залегания нефтегазоносного объекта. В первую очередь это касается давления и температуры. Все специальные исследования проводятся при эффективном давлении (разница между горным и пластовым давлением), которое соответствует пластовым условиям. Также практически все специальные исследования выполняются при пластовой температуре. Благодаря этим двум факторам порода приобретает свойства, которыми обладала, находясь в пластовых условиях. Соответственно получаемые результаты отличаются от результатов стандартных исследований и являются более достоверными. В силу большой сложности, длительности и стоимости они не могут выполняться массово. Поэтому специальные исследования выполняются на ограниченных коллекциях образцов от каждого пласта. Эти коллекции формируются по принципу представительности по результатам стандартных исследований. 70 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS 71 Специальные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ И ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ ПО ГЕЛИЮ В БАРИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПЛАСТА Цель Определение значений фильтрационно-емкостных свойств пород в пластовых условиях и зависимостей для корректировки значений фильтрационно-емкостных свойств, полученных в стандартных условиях 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД ГРР ГДМ ГТМ P P P СТЛ 223.13.17.142/2013 Гелиевый порозиметрпермеаметр АР-608 Применяемое оборудование þ Быстрый и недорогой способ изучения фильтрационноемкостных свойств пород в пластовых условиях ý Достоверность измерения пористости зависит от проницаемости 8 Терригенных пород с проницаемостью не менее 0,1 мД в пластовых условиях, особенно для рыхлых и слабосцементрированных пород Преимущества Недостатки Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна Низкопроницаемых пород с проницаемостью в пластовых условиях менее 0,1 мД, трещиноватых пород с непроницаемой матрицей 30 мм 1,5” ПРК P P P I - Сопутствующие исследования Необходимая информация Горное давление, пластовое давление Прочее 72 Для достоверного подсчета запасов углеводородов и проектирования разработки месторождений необходимо иметь достоверную информацию о фильтрационно-емкостных свойствах горных пород в пластовых условиях. Как показывает многолетняя практика, эти свойства существенно разнятся в стандартных и пластовых условиях. Особенно это касается слабосцементированных, рыхлых и трещиноватых пород, проницаемость которых при приведении к пластовым условиям может снижаться на порядок. Поэтому для определения истинных значений фильтрационно-емкостных свойств и построения корректировочных зависимостей ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 91. Корректировочные зависимости для пористости и проницаемости НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ рекомендуется наряду с изучением в стандартных условиях выполнять на представительной коллекции исследование фильтрационно-емкостных свойств в пластовых условиях. Для слабосцементированных и трещиноватых пород рекомендуется исследование фильтрационно-емкостных свойств в пластовых условиях на всех образцах, так как эти породы ведут себя неоднозначно и не всегда удается построить для них корректировочные зависимости. Наиболее оптимальным и низкозатратным способом определения фильтрационно-емкостных свойств пород в пластовых условиях является измерения по гелию в барических условиях пласта. Однако у данного способа имеются недостатки. При исследовании низкопроницаемых (низкопористых) и трещиноватых пород происходит пережатие узких каналов и трещин, что приводит к изоляции части пустот и занижению измеряемой пористости. Для таких пород рекомендуется выполнять измерение проницаемости по гелию, а измерение пористости – по жидкости. Исследования проводятся на автоматизированном пермеаметре-порозиметре AP-608 (Coretest Systems). В основе метода измерения лежит закон Бойля – Мариотта. Измерение проницаемости (газопроницаемости) выполняется методом Pulse Decay (нестационарная фильтрация). Рис. 93. Занижение пористости, измеренной по гелию в низкопроницаемых породах Рис. 92. Схема установки АР-608 для измерения ФЕС в барических условиях пласта Контроль качества измерения пористости осуществляется с помощью стандартных образцов пористости СО-ОП и стандартных образцов газопроницаемости СО-ГП. Рис. 94. Измерение фильтрационно-емкостных свойств в пластовых условиях на установке АP-608 TYUMENNIIGIPROGAS 73 Специальные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРА ПОРИСТОСТИ В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ Цель Получение зависимости Pп=f (Кп) в пластовых условиях для интерпретации электрических методов геофизических исследований скважин 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование ГРР ГДМ P P СТЛ 223.13.17.113-2013 Система измерения электрических свойств горных пород в пластовых условиях УЭС-2 þ Получение достоверных зависимостей Pп=f (Кп), соответствующих пластовым условиям ý Высокая стоимость, продолжительность эксперимента 8 Рекомендуется для Глубокозалегающих пород с пластовой температурой выше 40 °С, рыхлых и слабосцементированных пород x Не рекомендуется для - Преимущества Недостатки •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы 30 мм 1,5” P P Использование зависимостей, полученных в стандартных условиях, не всегда обеспечивает достоверную интерпретацию. Так для большинства песчаников параметр пористости в пластовых условиях существенно выше, чем в стандартных. В то же время для пород, залегающих в условиях аномально высоких пластовых давлений, при температурах выше 100 °С, параметр пористости в пластовых условиях зачастую ниже, чем в атмосферных. Поэтому для достоверной интерпретации данных геофизических исследований скважин необходимо проведение исследований на образцах породы в условиях, моделирующих пластовые. Только такой подход дает зависимости, позволяющие адекватно выполнять обработку каротажных данных. Исследование заключается в определении величины удельного электрического сопротивления образца горной породы в пластовых условиях и выполняется по двухэлектродной схеме при переменном токе частотой 1000 Гц. На основе геометрических размеров образца керна и его электрического сопротивления рассчитывается удельное электрическое сопротивление горной породы. Для этого образец породы, насыщенный моделью пластовой воды до 100 %, помещается в специальную установку, в которой создается эффективное давление (разница между горным и пластовым давлением) и поддерживается пластовая температура. Образец выдерживается в заданных условиях до стабилизации его удельного ПРК Определение пористости в пластовых условиях, определение удельного электрического сопротивления пластовой воды в пластовых условиях Горное давление, пластовое давление, состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 74 ГТМ Параметр пористости и удельное электрическое сопротивление породы являются важными параметрами при интерпретации данных геофизических исследований скважин. Эти параметры существенно зависят от термобарических условий залегания пород. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 95. Измерение электрических свойств пород в пластовых условиях НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 96. Схема установки для измерения удельного электрического сопротивления пород в пластовых условиях электрического сопротивления, после чего производится замер. Для поддержания 100%-ной насыщенности образца в процессе измерения через образец прокачиваются небольшие объемы модели пластовой воды. После этого производится расчет параметра пористости как отношение удельного электрического сопротивления образца к удельному электрическому сопротивлению насыщающей его воды в пластовых условиях. Рис. 97. Различие параметра пористости в стандартных и пластовых условиях, наблюдаемое для большинства пород Рис. 98. Различие параметра пористости в стандартных и пластовых условиях для пород, залегающих в условиях аномально высоких пластовых давлений и высоких температур TYUMENNIIGIPROGAS 75 Специальные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД Цель Определение истинных значений упругих характеристик пород. Получение корректировочных зависимостей для пересчета упругих характеристик пород, полученных динамическим способом 8 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  ГРР ГТМ P P Установка Autolab-1500 þ Прямой метод. Получение достоверных зависимостей, соответствующих пластовым условиям ý Высокая стоимость, продолжительность эксперимента Преимущества Недостатки 8 Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Испытания проводятся согласно ГОСТ 28985-91 на установке Autolab-1500 при моделировании пластовых условий (эффективное давление, температура). Исследуемый образец помещается в оболочку из медной фольги, к которой крепятся тензометрические датчики. После установки образца в камере кернодержателя создаются пластовые условия. Затем на торцы образца циклично подается нагрузка, превышающая давление гидрообжима, и автоматически фиксируются значения напряжения и деформаций в продольном и поперечном направлениях. По значениям упругой составляющей деформации рассчитываются модуль упругости (Юнга) Å, коэффициент Пуассона µ, модуль сдвига G, коэффициент объемной сжимаемости ß. Слабосцементированных пород 30 мм 1,5” P P ПРК Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Горное давление, пластовое давление, состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт (при наличии) Прочее 76 Наиболее достоверным способом определения упругих характеристик породы является статический, который в отличие от динамического способа является прямым. В процессе исследования пород статическим способом фиксируются деформации породы при изменяющейся нагрузке. Определение основных геомеханических параметров (модуль упругости (Юнга), коэффициент Пуассона, модуль сдвига), заключается в приложении аксиальной нагрузки к торцам цилиндрического образца и фиксации продольной и поперечной деформации. ГОСТ 28985-91 НД Применяемое оборудование ГДМ Упругие свойства горных пород являются основными исходными данными для построения геомеханической модели залежи и моделирования гидроразрыва пласта. Значения упругих параметров в данном случае напрямую определяют минимальные и максимальные депрессии и репрессии на пласт. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 99. Различие упругих свойств продуктивных пластов и пород-покрышек НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 100. Различие свойств и зависимостей, полученных динамическим (косвенным) и статическим (прямым) способом Рис. 101. Схема нагружения образца в процессе эксперимента Рис. 102. Диаграмма деформаций породы в процессе циклического нагружения Рис. 103. Выделение упругих составляющих деформаций на диаграмме эксперимента TYUMENNIIGIPROGAS 77 Специальные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ Цель Получение зависимости τP=f (Кп), и τS=f (Кп) в пластовых условиях для интерпретации акустического каротажа. Определение упругих параметров пород динамическим способом 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование ГРР ГДМ P ГТМ P СТЛ 223.13.17.139-2013 Система измерения акустических свойств горных пород в пластовых условиях УЗК-2 þ Получение достоверных зависимостей, соответствующих пластовым условиям ý Высокая стоимость, продолжительность эксперимента 8 Всех видов терригенных пород. Обязательно для пород, подверженных набуханию и разуплотнению при подъеме на поверхность Преимущества Недостатки Рекомендуется для xНе I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы 30 мм 1,5” P P Исследования, выполненные в пластовых условиях, дают наиболее достоверную картину свойств породы. Упругие и акустические свойства породы, измеренные в пластовых условиях, как правило, отличаются от свойств, измеренных в стандартных условиях. Поэтому, если на породах выполнялись замеры в стандартных условиях, их необходимо скорректировать по замерам в пластовых условиях. ПРК Определение пористости в пластовых условиях Горное давление, пластовое давление, состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт (при наличии) Прочее 78 Для интерпретации данных акустического каротажа используются результаты лабораторных замеров интервальных времен пробега продольных и поперечных волн. Исследования акустических свойств на образцах керна используются также для расчета упругих свойств породы (динамическим способом), которые применяются при подготовке проектов бурения и гидроразрыва пласта. - рекомендуется для •⃝● Форматы керна Акустические свойства горных пород являются важными геофизическими параметрами, необходимыми для интерпретации акустических методов геофизических исследований скважин и расчета упругих свойств породы. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 104. Зависимости скоростей продольных и поперечных волн от пористости, полученные в атмосферных и пластовых условиях НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 105. Зависимости упругих свойств горных пород от пористости, рассчитанные по результатам измерения скоростей продольных и поперечных волн в пластовых условиях Определение скорости продольных (поперечных) волн основано на измерении времени пробега волн через керн. В процессе замера 100%-но насыщенный моделью пластовой воды образец помещается в кернодержатель лабораторной установки. В кернодержателе создаются условия аналогичные пластовым (температура и эффективное давление). Для исключения подсыхания образца через него прокачивается модель пластовой воды. С помощью пьезоэлектрических преобразователей, расположенных в штоках кернодержателя, излучаются и принимаются ультразвуковые импульсы. По времени прохождения импульса через образец рассчитывается скорость пробега продольной (поперечной) волны. E= δ ⋅ Vs2 ⋅ (3 ⋅ V p2 − 4 ⋅ Vs2 ) V p2 − Vs2 AI A I = δ ⋅V p β= 3 ⋅ (1 − 2µ ) E G = δ ⋅ Vs2 λ = δ ⋅ (v 2p − 2 ⋅ vs2 ) µ= (V p2 / Vs2 − 2) 2 ⋅ (V p2 / Vs2 − 1) По результатам измерения скоростей упругих волн осуществляется вычисление упругих констант: модуля Юнга, коэффициента Пуассона, модуля сдвига, коэффициента объемной сжимаемости и акустической жесткости (импеданса). Данный способ получения упругих характеристик называется динамическим и дает приблизительные значения упругих констант. Для получения более точных данных рекомендуется выполнять исследования статическим способом. Рис. 106. Измерение скоростей продольных и поперечных волн Рис. 107. Схема кернодержателя для измерения скоростей продольных и поперечных волн в пластовых условиях TYUMENNIIGIPROGAS 79 Специальные исследования ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СЖАТИЯ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА НА ПОРИСТОСТЬ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ Изучение изменений пористости и проницаемости пород в процессе разработки залежи Цель 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД ГРР ГДМ ГТМ P P P СТЛ 223.13.17.142/2013 Гелиевый порозиметрпермеаметр АР-608 Применяемое оборудование þ Быстрый и недорогой способ изучения кривых изменения пористости и проницаемости ý Достоверность измерения пористости зависит от проницаемости Преимущества Недостатки 8 Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна Терригенных пород с проницаемостью не менее 0,1 мД в пластовых условиях, особенно для рыхлых и слабосцементированных пород Низкопроницаемых пород с проницаемостью в пластовых условиях менее 0,1 мД, трещиноватых пород с непроницаемой матрицей 30 мм 1,5” ПРК P P P I - Сопутствующие исследования Необходимая информация Горное давление, пластовое давление Прочее 80 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - В ходе эксплуатации нефтяных и газовых залежей на естественных режимах неизбежно снижение пластового давления в продуктивных объектах. Это приводит к большему уплотнению пород, что непременно сказывается на их фильтрационноемкостных свойствах. Наибольшему изменению подвергается проницаемость пород, которая в процессе эксплуатации может снизиться в несколько раз. Изменение пористости в ходе эксплуатации менее существенно, тем не менее для корректного гидродинамического моделирования необходимо знать значения сжимаемости порового пространства. Наиболее оптимальным и низкозатратным способом изучения влияния сжатия порового пространства на пористость и проницаемость является многократное измерение пористости и проницаемости пород по гелию при различных эффективных давлениях. Однако у него имеются недостатки. При исследовании низкопроницаемых (низкопористых) и трещиноватых пород происходит пережатие узких каналов и трещин, что приводит к изоляции части пустот и занижению измеряемой пористости. Поэтому для таких пород рекомендуется выполнять измерение проницаемости по гелию, а измерение пористости – по жидкости. Исследования проводятся на автоматизированном приборе АР-608 (Coretest Systems). Сначала на образце керна производится определение пористости и проницаемости в стандартных условиях (при минимальном обжиме). Затем образцы керна сжимаются ступенями, моделируя тем самым различные эффективные давления. На каждой ступени производятся измерения пористости и проницаемости. По результатам измерений строятся кривые изменения этих показателей в зависимости от нагрузки. В итоге получают осредненные кривые, на основе которых определяются характеристики, отражающие сжимаемость порового пространства на разных ступенях сжатия. Контроль качества измерения пористости и газопроницаемости осуществляется с помощью стандартных образцов пористости СО-ОП. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 108. Отображение хода эксперимента по сжимаемости в рабочем окне программы Рис. 109. Кривые изменения пористости и проницаемости при увеличении эффективного давления с расчетом коэффициентов сжимаемости Рис. 110. Занижение измерений пористости, измеренной в низкопроницаемых породах из-за сильного падения проницаемости (зеленым цветом выделен эксперимент на низкопроницаемом образце) TYUMENNIIGIPROGAS 81 Специальные исследования ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СЖАТИЯ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА НА ПОРИСТОСТЬ (ПО ЖИДКОСТИ) Цель Изучение изменений пористости низкопроницаемых пород в процессе разработки залежи Сжимаемость порового пространства является важным параметром, который необходимо учитывать при гидродинамическом моделировании разработки месторождения, так как в процессе эксплуатации нефтяных и газовых залежей на естественных режимах неизбежно снижение пластового давления в продуктивных объектах. 8 образцов с каждого продуктивного пласта Как правило, исследования сжимаемости порового пространства выполняются по гелию. Однако при исследовании низкопроницаемых (низкопористых) и трещиноватых пород происходит пережатие узких каналов и трещин, что приводит к изоляции части пустот и занижению измеряемой пористости. Для таких пород рекомендуется выполнять измерение пористости по жидкости. В этом случае такого эффекта не наблюдается, так как в процессе исследования жидкость не нагнетается в поровое пространство, а наоборот выдавливается из него. Также низкая сжимаемость жидкости не позволяет сомкнуться поровым каналам до того как из них будут выдавлены излишки жидкости. Другое преимущество заключается в том, что у насыщенного водой образца при пластовой температуре цементирующие минералы приобретают естественную пластичность. Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ГРР ГДМ ГТМ P P СТЛ 223.13.17.142/2013 Установка Autolab-1500 Получение достоверных зависимостей в низкопроницаемых породах ý Высокая стоимость, продолжительность эксперимента Недостатки 8 Терригенных пород с проницаемостью в пластовых условиях 1 мД и менее Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы 30 мм 1,5” P P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Горное давление, пластовое давление Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт (при наличии) Прочее 82 ПРК ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Исследования выполняются на автоматизированной установке Autolab-1500, которая в отличие от пермеаметра-порозиметра АР-608 может производить многократные нагрузки/разгрузки исследуемого образца. Перед выполнением экспериментов посредством водонасыщения измеряется поровый объем образца. Полностью насыщенный моделью пластовой воды образец устанавливался в кернодержатель установки. Все подводящие линии и емкости также заполняются моделью пластовой воды под вакуумом. Затем образцы керна сжимаются ступенями, моделируя различные эффективные давления. На каждой ступени производятся измерения пористости. По результатам исследований получают осредненные кривые изменения пористости. На их основе строят характеристики, отражающие сжимаемость порового пространства на разных ступенях сжатия. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 111. Гистерезис изменения пористости при нагрузке и последующей разгрузке породы Рис. 112. Различие результатов экспериментов по жидкости (AutoLab-1500) и по газу (AP-608) при исследовании низкопроницаемых пород (занижение результатов исследования пористости при исследовании по газу) Рис. 113. Ход эксперимента по сжатию образца TYUMENNIIGIPROGAS 83 Специальные исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИ В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ Цель Получение исходных данных для построения геомеханических моделей месторождений 6 образцов с каждого литотипа Рекомендуемый объем исследований óОбласть ГРР применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ГДМ ГТМ P P ГОСТ 21153.2-84, ГОСТ 21153.3-85 Установка Autolab-1500 Замеры выполняются в пластовых условиях при пластовой температуре и эффективном давлении ý - 8 Всех видов пород Недостатки Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Традиционно предел прочности горных пород при одноосном сжатии определяется в стандартных условиях согласно ГОСТ 21153.2-84 (описан в главе «Стандартные исследования»). Однако такой способ определения дает достоверные результаты лишь для скальных пород, залегающих на небольшой глубине. При исследовании же глубокозалегающих нефтегазоносных пород определение предела прочности в стандартных условиях дает заниженные значения. Исследования показывают, что в пластовых условиях предел прочности существенно выше. Также установлено, что предел прочности, определенный в пластовых условиях, имеет более четкую корреляцию с пористостью и модулем Юнга, чем предел прочности, определенный в стандартных условиях. Поэтому при выполнении геомеханических расчетов рекомендуется использовать значения, полученные в пластовых условиях. Эксперименты проводятся на установке Autolab-1500. Образец в резиновой манжете помещается в маслонаполняемый кернодержатель. Рыхлых и слабосцементированных пород 30 мм 1,5” P P ПРК Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды Состав пластовой воды Проба пластовой воды не менее 5 л на каждый пласт Прочее 84 Прочностные свойства горных пород (пределы прочности при сжатии и растяжении) являются исходной информацией для расчета предельных репрессий на пласт при бурении, а также для построения геомеханических моделей залежей. Пределы прочности пород необходимо учитывать для предотвращения обвалов стенок скважины в процессе бурения, самопроизвольного гидроразрыва пласта, успешного проведения запланированного гидроразрыва пласта и т. п. ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 114. Кернодержатель установки Autolab-1500 для определения предела прочности при одноосном сжатии в пластовых условиях НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ После на наружную сторону манжеты подается давление всестороннего обжима, а внутрь образца – поровое давление. Разница между ними соответствует эффективному давлению в пласте. После прогрева образца до пластовой температуры к его торцам прикладывается осевая нагрузка, превышающая давление обжима. Образец нагружается со скоростью 1–5 МПа/с вплоть до разрушения. При этом осевая нагрузка непрерывно регистрируется, а момент разрушения фиксируется по максимальному значению осевой нагрузки. Сразу после разрушения образца эксперимент останавливается. За разрушающую силу принимается максимальное значение, зафиксированное непосредственно перед разрушением. А Б Рис. 115. А) сопоставление пределов прочности при одноосном сжатии в пластовых и стандартных условиях; Б) взаимосвязь предела прочности при одноосном сжатии в пластовых условиях с модулем Юнга Рис. 116. Зависимости предела прочности от пористости, полученные при испытании в пластовых и атмосферных (стандартных) условиях TYUMENNIIGIPROGAS 85 ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Литолого-минералогические исследования Целью данных исследований является изучение состава и строения пород. Поэтому они не относятся к петрофизическим, хотя и хорошо их дополняют. Изучение состава и строения горных пород позволяет объяснить петрофизические аномалии, возникающие в сложных коллекторах, выяснить их генерационный потенциал, причины аномально низких и аномально высоких фильтрационно-емкостных свойств. Исследования минерального состава породы позволяют подобрать наилучшие методы физико-химического воздействия на пласт с целью повышения его отдачи. 86 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS TYUMENNIIGIPROGAS 87 Литолого-минералогические исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА НА ЛАЗЕРНОМ АНАЛИЗАТОРЕ Цель Распределение размеров зерен, слагающих породу 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки ГРР ГДМ P Руководство по эксплуатации мультилазерного анализатора размеров частиц Microtrac S3500 (внесен в Госреестр СИ) Мультилазерный анализатор размеров частиц Microtrac S3500 По сравнению с ситовым и пипеточным методами дает более детальное распределение размеров частиц, имеется возможность пересчета распределений из одного формата в другой Влияние прозрачности и коэффициента преломления зерен на результаты исследований 8 Терригенных пород Рекомендуется для xНе Пород не гранулярной при роды, монолитных и сильно метаморфизованных пород •⃝● Форматы керна 30 мм 1,5” ПРК P P P рекомендуется для I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Прочее 88 ГТМ ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Гранулометрический состав осадочных пород является главным фактором, определяющим их фильтрационно-емкостные, капиллярные и радиоактивные свойства. Особую роль в гранулометрическом составе играет содержание глинистой (пелитовой) фракции, которая оказывает влияние практически на все свойства породы. В то же время в большинстве песчаников и алевролитов проницаемость и пористость уверенно коррелируются с медианным диаметром зерен. Определение гранулометрического состава возможно только на породах терригенного типа. Результаты используются при геологическом изучении залежи для определения условий осадконакопления, характера отложений, доли глинистого материала, характера глинистости и др. Существуют также методики определения фильтрационно-емкостных свойств по распределению размеров частиц. Перед началом анализа исследуемый образец дезинтегрируется до отделения всех зерен друг от друга. Сам анализ производится на мультилазерном анализаторе размеров частиц Microtrac S3500 в автоматическом режиме. Принцип измерения основан на законе статического рассеивания частицами лазерного света, согласно которому угол рассеивания света пропорционален размеру частицы. Дезинтегрированный образец в потоке дистиллированной воды прокачивается сквозь прозрачную измерительную ячейку, которая облучается тремя лазерами. Свет от лазеров рассеивается частицами образца и, проходя через линзы, улавливается двумя детекторами. Угол дифракции зависит от размера частиц и коэффициента преломления на границе жидкость-частица. Информация, зарегистрированная детекторами за все время измерения, накапливается в памяти прибора и затем анализируется по алгоритму Ми для частиц неправильной формы. В результате получается объемное распределение размеров частиц высокого разрешения. Использование трех лазеров позволяет добиться высокой точности измерений, фиксировать широкий диапазон углов дифракции и, соответственно, размеров частиц. - - - Рис. 117. Схема определения размеров частиц в мультилазерном анализаторе НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 118. Детальный гранулометрический состав Рис. 119. Оределение грануллометрического состава Рис. 120. Взаимосвязи фильтрационно-емкостных свойств и гранулометрических коэффициентов TYUMENNIIGIPROGAS 89 Литолого-минералогические исследования ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАРБОНАТНЫХ МИНЕРАЛОВ Цель Определение доли карбонатных минералов в составе породы 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ГРР P Дает количественное содержание карбонатных минералов Влияние примесей на результаты анализа 8 Карбонатных и карбонатизированных пород Рекомендуется для •⃝● Форматы керна Пород не реагирующих с 5%-ным раствором HCl 30 мм 1,5” ПРК P P P I Сопутствующие исследования Необходимая информация 90 - - Необходимые материалы - Прочее - ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Также, из-за особенностей реакции карбонатных минералов с соляной кислотой, желательно определить не просто общую карбонатность пород, но и ее составляющие: кальцит и доломит. Наиболее эффективный способ определения общей карбонатности и ее составляющих – исследование манометрическим способом на карбонатометре (кальциметре). P Карбонатометр КМ-05С, Весы аналитические AND HF-200 Недостатки рекомендуется для ГТМ СТЛ 223.13.17.110/2013 ý xНе ГДМ В процессе геологического изучения залежи часто необходимо оценить содержание карбонатных минералов в породе, особенно если в продуктивном разрезе присутствуют карбонизированные пропластки. Эта информация также полезна при планировании кислотных обработок призабойной пласта. В ООО «ТюменНИИгипрогаз» оно проводится на автоматизированном карбонатометре КМ-О5С и состоит из следующих этапов: 1) перед проведением анализа образец горной породы измельчается до порошкообразного состояния; 2) из полученного порошка приготавливается навеска массой 1 г (для взвешивания используются весы AND HF-200 c разрешением 0.001 г); 3) навеска помещается в реакционную камеру карбонатометра; 4) в камеру впрыскивается 12 см3 раствора соляной кислоты (раствор 1:6). После чего происходит перемешивание реагирующих веществ в камере с одновременной регистрацией давления и температуры в ней. Эксперимент продолжается 30 мин.; 5) по закону Бойля – Мариотта прибор определяет количество углекислого газа, выделившегося в ходе реакции, а по времени выделения газа – тип карбонатных минералов (кальцит, доломит) и их массовые доли. За общую карбонатность принимается сумма массовых долей кальцита и доломита. За нерастворимый остаток принимается разность массы навески и массы определенных карбонатных минералов. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 121. Определение карбонатности Рис. 122. Распределение содержания карбонатных минералов в скважине с терригенным разрезом Рис. 123. Распределение содержания карбонатных минералов в скважине с карбонатным разрезом TYUMENNIIGIPROGAS 91 Литолого-минералогические исследования ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В ШЛИФАХ Цель Получение наглядной информации о строении породы и ее порового пространства 16 образцов с каждого продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование ГРР ГДМ ГТМ P Р Газпром 065-2009 Комплект оборудования Logitech для изготовления шлифов, аппаратнопрограммный комплекс Керн С7 с микроскопом Olympus BX51-P þ Большой объем получаемой информации о строении горной породы ý Косвенно определяемые показатели (гранулометрический состав, структура порового пространства, удельная поверхность) носят оценочный характер Преимущества Недостатки 8 Всех видов пород Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна 30 мм 1,5” P I Сопутствующие исследования Необходимая информация 92 ПРК - - Необходимые материалы - Прочее - ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Петрографический шлиф является наиболее информативным источником данных о горной породе. Шлиф представляет собой истонченный срез породы (порядка 30 мкм), наклеенный на предметное стекло для возможности изучения его под микроскопом. По шлифу можно диагностировать основные породообразующие минералы, приблизительно оценить гранулометрический состав породы, степень сортировки зерен, их окатанность, обнаружить аутигенные и акцессорные минералы, определить содержание, тип, состав и характер распределения цемента, выявить наличие открытых пор, органических остатков и проследить постседиментационые изменения. Глубина изучения шлифа может быть разной. В базовом варианте выполняются описание и фотографирование. При необходимости могут быть исследованы минеральный и гранулометрический состав, структура порового пространства, удельная поверхность пор. Однако эти результаты носят оценочный (приблизительный) характер и потому прибегать к ним следует лишь в случае невозможности исследовать данные характеристики по стандартным методикам. В ООО «ТюменНИИгипрогаз» изготавливаются прокрашенные (а при необходимости и непрокрашенные) шлифы. Для визуального наблюдения и изучения структуры пустотного пространства шлиф пропитывается прокрашенной (синей) смолой. Изготовление и пропитка шлифов выполняются на оборудовании фирмы Logitech. Микроскопическое описание шлифов и получение их микрофотографий производятся с помощью петрографического поляризационного микроскопа Olympus BX51-P, оснащенного видеокамерой. Изучение гранулометрического состава зерен в шлифах выполняется по методике О. А. Черникова путем подсчета зерен с помощью препаратоводителя с объективом 10 х 0,50. В процессе исследования шлиф последовательно передвигается, при этом измеряются и подсчитываются зерна, попавшие на линейку окуляра. На основе подсчета 200–300 зерен (в зависимости от их размера) вычисляется количественное содержание зерен каждой фракции. Минералогический состав обломочного материала определяется по методике В. Д. Шутова путем подсчета породообразующих минералов и количества цемента в шлифах. При подсчете в шлифах минералы считаются тем же способом, что и размер зерен в шлифах. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 124. Фотографии шлифов в поляризованном и неполяризованном свете Следует отметить, что гранулометрический и минералогический состав, подсчитанный таким способом, отображает количественное, а не объемное распределение зерен (минералов) в породе, и потому может расходиться с данными, полученными по другим методикам. Рис. 125. Изучение шлифов под микроскопом Рис. 126. Определение типа пород по литологическим треугольникам TYUMENNIIGIPROGAS 93 ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Фильтрационные эксперименты Фильтрационные эксперименты являются самыми дорогими, длительными и сложными видами петрофизических исследований. Тем не менее они наиболее эффективны, поскольку ставят целью изучение не столько свойств породы в пластовых условиях, сколько процессов, которые могут в ней происходить. Так определение коэффициентов вытеснения позволяет оценить потенциальную отдачу продуктивных объектов при их разработке. Исследование относительных фазовых проницаемостей создает петрофизическую базу для гидродинамического моделирования залежи и выбора наиболее оптимальной схемы эксплуатации. Испытания буровых растворов на керне позволяют при бурении скважин выбрать оптимальные рецептуры растворов, соблюсти требования по времени контакта раствора с породой для минимизации загрязнения пласта. Исследования влияния кислотных составов на проницаемость пород позволяют выбрать наилучшие составы для интенсификации добычи. 94 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS TYUMENNIIGIPROGAS 95 Фильтрационные эксперименты ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЫТЕСНЕНИЯ Цель Оценка максимально возможного извлечения углеводородов при подсчете их запасов и технико-экономическом обосновании добычи 3 эксперимента для каждого вытесняющего агента с каждого потенциально Рекомендуемый продуктивного пласта объем исследований óОбласть применения результатов  НД ГРР ГДМ P P ОСТ 39-195-86 Установка RPS-850 Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки 8 Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна ГТМ Получение достоверных зависимостей в низкопроницаемых породах Высокая стоимость, продолжительность эксперимента Терригенных пород с проницаемостью в пластовых условиях не менее 0,1 мД Пород с проницаемостью в пластовых условиях менее 0,1 мД 30 мм 1,5” ПРК P Определение открытой пористости насыщением Сопутствующие моделью пластовой воды. исследования Снятие кривой капиллярного давления методом центрифугирования Горное давление, пластовое давление. Предполагаемый Необходимая средний градиент давления в информация залежи. Свойства пластовых флюидов в пластовых условиях Пробы пластовых флюидов (каждого вида) не менее Необходимые 5 л на каждый пласт (при материалы наличии) Прочее - I 96 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ При подсчете запасов углеводородов и проектировании разработки месторождений возникает необходимость в оценке степени вытеснения углеводородов. Особенно, когда выбирается вытесняющий агент. В этом случае необходимо выполнить определения коэффициентов вытеснения на образцах керна. В зависимости от типа месторождения и предполагаемых вытесняющих агентов могут быть осуществлены эксперименты по вытеснению: нефти, газа, конденсата, воды. При этом вытеснение может быть осуществлено: водой, газом, водогазовой смесью, углекислым газом, азотом, широкой фракцией легких углеводородов, растворами полиакриламида и т. п. Исследования выполняются при стационарной фильтрации на колонках, составленных из образцов керна. Использование колонки керна обусловлено необходимостью отсечения концевых эффектов, которые наиболее сильно проявляют себя во входном и выходном образцах. При исследовании вытеснения жидких углеводородов эксперимент состоит из следующих этапов: 1. Полное насыщение образцов керна моделью пластовой воды. 2. Создание в образцах керна остаточной водонасыщенности (методом центрифугирования). 3. Насыщение освободившегося порового пространства образцов керосином. 4. Составление колонки керна и помещение в кернодержатель экспериментальной установки, моделирующий пластовые условия (давление, температуру). 5. Замещение керосина моделью пластовой нефти (конденсата). 6. Выдержка всей системы при термобарических условиях пласта (для восстановления характера смачиваемости). 7. Вытеснение нефти (газа, конденсата) вытесняющим агентом (водой, газом, водогазовой смесью, углекислым газом, азотом, широкой фракцией легких углеводородов, растворами полиакриламида и т. п.) до прекращения выхода из колонки нефти (конденсата). 8. Определение остаточной нефте- (конденсато-) насыщенности электрическими методами в приборах Закса либо методом материального баланса (в зависимости от типа вытесняющего агента). НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 127. Схема колонки образцов Рис. 128. Кривая вытеснения нефти водой Рис. 129. Кривые вытеснения, полученные на колонках с разной проницаемостью Рис. 130. Зависимость коэффициента вытеснения нефти водой (в пластовых условиях) от различных параметров TYUMENNIIGIPROGAS 97 Фильтрационные эксперименты ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ФАЗОВЫХ ПРОНИЦАЕМОСТЕЙ Цель Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Получение кривых относительных фазовых проницаемостей для гидродинамического моделирования разработки месторождений 3 эксперимента в каждой системе флюидов с каждого потенциально продуктивного пласта ГРР Преимущества ý Недостатки 8 Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Прочее 98 ГТМ P СТЛ 223.13.17.141/2013 Установка RPS-850 Применяемое оборудование þ ГДМ Получение достоверных зависимостей в низкопроницаемых породах Высокая стоимость, продолжительность эксперимента Терригенных пород с проницаемостью в пластовых условиях не менее 1 мД Пород с проницаемостью в пластовых условиях менее 0,5 мД 30 мм 1,5” Долгосрочное прогнозирование добычи углеводородов из нефтегазоносных пластов и выбор оптимальных вариантов разработки месторождений являются наиболее сложными задачами, стоящими перед недропользователем. Математическое моделирование позволяет быстро спрогнозировать ход разработки залежи, просчитав большое количество вариантов. Однако оно не позволяет учесть все физико-химические взаимодействия флюидов с породой. Физическое моделирование напротив наиболее достоверно воспроизводит взаимодействие пластовых систем, но не позволяет моделировать большие объекты с большим числом вариантов за короткое время. В связи с этим при проектировании разработки месторождений выполняется гидродинамическое математическое моделирование, которое опирается на геологические данные и результаты физического моделирования фильтрационных процессов на образцах керна. В качестве последнего выступают исследования относительных фазовых проницаемостей. Исследования выполняются при стационарной фильтрации на колонках из образцов керна. Использование колонки керна обусловлено необходимостью отсечения концевых эффектов, которые наиболее сильно проявляют себя во входном и выходном образцах. ПРК P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды. Снятие кривой капиллярного давления методом центрифугирования Горное давление, пластовое давление. Предполагаемый средний градиент давления в залежи. Свойства пластовых флюидов в пластовых условиях Пробы пластовых флюидов (каждого вида) не менее 5 л на каждый пласт (при наличии) - ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ Рис. 131. Кривые относительных фазовых проницаемостей НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ Рис. 132. Схема колонки образцов Сущность метода заключается в создании в пустотном пространстве горных пород потока одного или более флюидов, при условии, что это пространство заполнено как минимум двумя несмешивающимися флюидами. При этом производится измерение градиента давления на главных образцах. Исходя из градиента давления и расхода каждого флюида, производится расчет фазовых проницаемостей согласно закону Дарси. Поскольку значения относительных фазовых проницаемостей существенно зависят от характера насыщения пустотного пространства, параллельно с измерением относительных фазовых проницаемостей выполняются измерения насыщенности порового пространства пород. Насыщенность определяется электрически- ми методами и методом материального баланса. В процессе исследования также определяются значения критических и остаточных насыщенностей флюидов. В ООО «ТюменНИИгипрогаз» выполняются исследования относительных фазовых проницаемостей при стационарной двухфазной фильтрации для систем нефть-вода, газ-вода, газ-нефть, газ-конденсат, конденсат-вода. По специальным заказам выполняются исследования фазовых проницаемостей при высокоскоростной фильтрации (для моделирования процессов в призабойной зоне пласта). Исследования выполняются в термобарических условиях пласта. Рис. 133. Выполнение исследований относительных фазовых проницаемостей Рис. 134. Общая схема установки по исследованию фазовых проницаемостей TYUMENNIIGIPROGAS 99 Фильтрационные эксперименты ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОРОД Цель Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Оценка влияния буровых растворов и технологических жидкостей на проницаемость продуктивных отложений 3 эксперимента для каждого типа жидкости с каждого потенциально продуктивного пласта ГРР Рекомендуется для xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы ГТМ P P СТО 223.13.17.143/2014 Установка FDES-645ZX1 Получение наиболее достоверных данных о влиянии применяемых жидкостей на проницаемость пород Высокая стоимость, продолжительность эксперимента Недостатки 8 ГДМ Терригенных пород с проницаемостью в пластовых условиях не менее 0,1 мД Пород с проницаемостью в пластовых условиях менее 0,1 мД 30 мм 1,5” P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды. Снятие кривой капиллярного давления методом центрифугирования Горное давление, пластовое давление, свойства пластовых флюидов в пластовых условиях, допустимые депрессии/ репрессии на пласт Пробы пластовых флюидов (каждого вида) не менее 5 л на каждый пласт (при наличии) Прочее 100 ПРК ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - В процессе бурения нефтяных и газовых скважин происходит проникновение (инфильтрация) компонентов буровых растворов в продуктивные пласты. При этом взвешенные мелкодисперсные (главным образом глинистые) частицы образуют на поверхности скважин твердую фильтрационную корку, а жидкая составляющая раствора отжимается в пласт, образуя фильтрат. Поскольку фильтраты применяемых в настоящее время буровых растворов являются чуждыми для пласта флюидами, при их проникновении в пласт происходят физико-химические взаимодействия с горной породой и пластовыми флюидами. Как правило, такие взаимодействия приводят к снижению основной характеристики коллектора – проницаемости. Размеры зоны проникновения, а также степень снижения проницаемости в ней зависят в первую очередь от свойств бурового раствора, горных пород и насыщающих их флюидов. С целью снижения негативного воздействия буровых растворов на пласт перед применением на скважине нужно испытать их на керне. Это позволяет выбрать оптимальные рецептуры растворов, подобрать или заменить отдельные их составляющие для получения наибольшего восстановления проницаемости при освоении скважин. Исследование проводится на колонках из образцов керна в четыре этапа. 1. Замер начальной проницаемости. На этом этапе выполняется прокачка через колонку керна не менее 10 поровых объемов керосина на пяти перепадах давления и рассчитываются коэффициенты проницаемости. 2. Моделирование инфильтрации бурового раствора в пласт осуществляется следующим образом. Для поддержания репрессии на модель пласта используется расширительная емкость со сжатым азотом, подключенная к термостатированному миксеру высокого давления. Испытуемый буровой раствор находится в миксере под давлением и через соединительные трубки подается в кернодержатель к торцу керна. Проходя по торцу, раствор через трубки попадает в мембранный контейнер-разделитель. Для обеспечения постоянного омывания используется реверсивный насос. При этом происходит инфильтрация раствора в керн. Фильтрат вытесняет жидкости, насыщающие керн. Специальный измерительный насос, работающий в режиме поддержания постоянного давления, фиксирует объем вышедшей рабочей жидкости. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ 3. Выдержка в течение 3–5 ч. Задачи данного этапа: а) смоделировать технологические простои скважины в процессе спускоподъемных операций; б) дать возможность породе и флюидам полностью реагировать с фильтратом бурового раствора; в) дать всем флюидам возможность распределиться в поровом пространстве. 4. Вызов притока, очистка приствольной зоны и замер восстановленной проницаемости. На этом этапе, так же как и на этапе 1, выполняется прокачка через колонку керна не менее 10 поровых объемов керосина на пяти различных перепадах давления и рассчитываются коэффициенты проницаемости. По результатам изменения проницаемости на этапах 1 и 4 определяется коэффициент восстановления проницаемости на каждом участке колонки. Рис. 135. Выполнение исследований влияния буровых растворов на проницаемость пород - Рис. 136. Схема ухудшения продуктивности пласта буровыми растворами Рис. 137. Схема узлов установки FDES-645ZX1, задействованных для изучения влияния буровых растворов на ФЕС TYUMENNIIGIPROGAS 101 Фильтрационные эксперименты ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КИСЛОТНЫХ СОСТАВОВ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОРОД Цель Выбор оптимальных кислотных составов для обработки призабойной зоны пласта 3 эксперимента для каждого типа состава с каждого потенциально продуктивного пласта Рекомендуемый объем исследований óОбласть ГРР применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества ý Недостатки •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация P P Установка FDES-645ZX1 Получение наиболее достоверных данных о влиянии применяемых жидкостей на проницаемость пород Высокая стоимость, продолжительность эксперимента Терригенных пород с проницаемостью в пластовых условиях не менее 0,1 мД Рекомендуется для рекомендуется для ГТМ СТО 223.13.17.143/2014 8 xНе ГДМ Пород с проницаемостью в пластовых условиях менее 0,1 мД 30 мм 1,5” ПРК P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды. Снятие кривой капиллярного давления методом центрифугирования. Исследование растворимости пород в кислотных составах Горное давление, пластовое давление, свойства пластовых флюидов в пластовых условиях, допустимые депрессии/ репрессии на пласт Пробы пластовых флюидов Необходимые (каждого вида) не менее 5 л на каждый пласт (при наличии) материалы Прочее 102 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - В последнее время все большее количество классических залежей нефти и газа переходят в последнюю стадию разработки, что вынуждает недропользователей вводить в эксплуатацию сложные залежи с низкими фильтрационно-емкостными свойствами. В этой ситуации особо остро встает вопрос эффективности методов воздействия на пласт, от которых зависит рентабельность ввода залежи. Продуктивность скважин напрямую зависит от технологий интенсификации добычи из продуктивных пластов. При этом большую роль играют физикохимические, реологические и фильтрационные свойства применяемых составов. При этом возможность восстановления/увеличения проницаемости в приствольной зоне различными методами интенсификации также зависит от их сочетания с буровыми растворами. С целью выбора оптимальных сочетаний буровых растворов и кислотных составов перед их применением на скважине необходимо проведение испытаний на керне. Это позволяет выбрать оптимальные рецептуры, подобрать или заменить отдельные составляющие для получения наибольшего восстановления/увеличения проницаемости при освоении скважин. Первоначально рекомендуется выполнить исследование растворимости пород в различных составах с целью выбора оптимальной рецептуры. Только после этого следует выполнять фильтрационные эксперименты на керне с моделированием всех процессов. Исследования проводятся на колонках из образцов керна, а их программа зависит от технологии интенсификации. Ниже приведена программа типового эксперимента. 1. Создание остаточной водонасыщенности в керне и замер начальной проницаемости. 2. Моделирование инфильтрации бурового раствора в пласт. 3. Выдержка в течение 16 ч. 4. Вызов притока, очистка приствольной зоны от фильтрата раствора и замер восстановленной проницаемости. 5. Моделирование кислотной обработки пласта. 6. Выдержка в течение 4 ч. 7. Вызов притока, очистка приствольной зоны от продуктов реакции и замер восстановленной проницаемости. НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ - Рис. 138. Схема узлов установки FDES-645ZX1, задействованных для изучения влияния кислотных составов на фильтрационно-емкостные свойства Рис. 139. Растворимость пород в растворах соляной и плавиковой кислот Рис. 140. Загрузка установки FDES645ZX1 TYUMENNIIGIPROGAS 103 Фильтрационные эксперименты ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗОНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ И МАКСИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ КОНТАКТА ПОРОДЫ С БУРОВЫМИ РАСТВОРАМИ Цель Рекомендуемый объем исследований óОбласть применения результатов  НД Применяемое оборудование þ Преимущества Определение условий применения буровых растворов с целью снижения негативного воздействия на пласт 3 эксперимента для каждого типа раствора с каждого потенциально продуктивного пласта ГРР xНе рекомендуется для •⃝● Форматы керна I Сопутствующие исследования Необходимая информация Необходимые материалы Прочее 104 P P Установка FDES-645ZX1 Получение наиболее достоверных данных о влиянии применяемых жидкостей на проницаемость пород Высокая стоимость, продолжительность эксперимента Недостатки Рекомендуется для ГТМ СТО 223.13.17.143/2014 ý 8 ГДМ Терригенных пород с проницаемостью в пластовых условиях не менее 0,1 мД Пород с проницаемостью в пластовых условиях менее 0,1 мД 30 мм 1,5” В настоящее время подавляющее большинство буровых работ выполняется на репрессии, поэтому неизбежно происходит проникновение бурового раствора в продуктивные пласты. Абсолютно непроникающих буровых растворов не существует. Буровые растворы, имеющие разный состав и реологические параметры, обладают разной проникающей способностью. Эта способность также зависит от характеристик порового пространства пород, в которые происходит проникновение. Фракционный состав твердых частиц, бурового раствора и размеры поровых каналов определяют степень запечатывания продуктивных отложений фильтрационной коркой. При этом большую роль играет скорость циркуляции раствора по стволу скважины. Циркуляция раствора приводит к размыванию фильтрационной корки, что благоприятствует проникновению в пласт. Учесть все эти факторы с помощью математических расчетов практически невозможно. Поэтому для выбора наименее проникающих буровых растворов и наполнителей, обеспечивающих наименьшее проникновение, необходимо проведение на керне экспериментов, моделирующих проникновение. При этом обязательными условиями являются: репрессия, температура и скорость циркуляции раствора. В ходе эксперимента осуществляется динамическая фильтрация раствора в керн (моделирующая омывание стенки скважины) и регистрация проникновения фильтрата. По результатам определяются два основных показателя: суммарная затухающая фильтрация и скорость незатухающей динамической фильтрации. На их основе строятся номограммы для определения глубины зоны проникновения и максимального времени контакта раствора с породой. ПРК P Определение открытой пористости насыщением моделью пластовой воды. Снятие кривой капиллярного давления методом центрифугирования Горное давление, пластовое давление. Свойства пластовых флюидов в пластовых условиях. Допустимые депрессии/репрессии на пласт. Скорость циркуляции бурового раствора в скважине Пробы пластовых флюидов (каждого вида) не менее 5 л на каждый пласт (при наличии) ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ - Рис. 141. Динамика скорости фильтрации раствора в породу на разных стадиях НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ - Рис. 142. Схема соединения узлов установки FDES 645ZX1, задействованных для изучения проникновения буровых растворов Рис. 143. Схема определения максимального времени контакта раствора с породой (зеленым цветом показана зона проникновения, красным – перфорационные каналы) rc – радиус зоны скважины; rзп – радиус зоны проникновения; lпр – глубина проникновения фильтрата в пласт; lпк – глубина перфорационных каналов Рис. 144. Номограммы для определения размера зоны проникновения и максимального времени контакта раствора с породой, построенные по результатам экспериментов TYUMENNIIGIPROGAS 105 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ КЕРНА Результаты исследований керна анализируются и обобщаются, чтобы в итоге заказчик получал не набор табличных значений, а готовый к использованию продукт. Для этого в отделе физики пласта создан сектор обобщения результатов исследований. На основе полученных данных строятся петрофизические зависимости, модели, распределения, обобщенные литолого-петрофизические характеристики. При необходимости выполняется ретроспективный анализ предыдущих исследований. Для решения этих задач были разработаны собственные аналитические продукты на базе MS Excell. Как правило, по окончании работ на скважине производится попластовое обобщение информации с разбивкой данных по линотипам. На каждый пласт, освещенный керном, составляется отдельная характеристика, которая, в зависимости от полноты комплекса исследований, содержит следующие элементы: 1. Оценка представительности отбора. Содержит обоснованное заключение о представительности отобранного керна. В него включается фрагмент каротажной диаграммы, на которой присутствует исследуемый пласт, основные методы геофизических исследований скважин, отобранный из пласта керн (привязанный к геофизическим исследованиям скважин), гамма-активность и плотность пород по керну и геофизическим исследованиям скважин, фильтрационно-емкостные свойства по керну. 2. Оценка характера насыщения по профильным (литологическое описание, снимки в ультрафиолетовом свете) и точечным (экстракционно-дистилляционный, ретортный) методам. Содержит перечень интервалов с предполагаемым углеводородным насыщением. Перечень подкрепляется снимками в ультрафиолетовом свете и результатами точечных исследований. Оптимальным вариантом является размещение снимков в ультрафиолетовом свете на каротажной диаграмме, вместе с показаниями электрических и плотностных методов. 3. Литолого-петрофизическая характеристика, в т. ч.: – текстовое описание основных литотипов пласта и их особенностей с приложением фотографий керна, снимков шлифов, моделей минералогического состава пород; – сводная таблица основных литолого-петрофизических параметров; – графики сопоставлений и распределений литолого-петрофизических свойств пород с нанесенными аппроксимирующими функциями и комментариями. 4. Заключение о потенциальной продуктивности пласта. Результаты анализа используются при интерпретации данных геофизических исследований скважин, подсчете запасов углеводородов, геолого-гидродинамическом моделировании, проектировании разработки месторождений, подборе технологий бурения, интенсификации добычи, выполнении ремонтных работ в скважинах, для литолого-минералогического изучения и уточнения стратиграфических разбивок пластов. 106 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS TYUMENNIIGIPROGAS 107 ЗАКАЗЧИКИ И ПАРТНЕРЫ 108 ПАО «Газпром» ПАО «Красноярскгазпром» ООО «Газпром добыча Уренгой» ОАО «Севернефтегазпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» ООО «Технологическая Компания Шлюмберже» ООО «Газпром добыча Надым» ООО «НОВАТЭК-Таркосаленефтегаз» ООО «Газпром добыча Ноябрьск» ПАО «ЛУКОЙЛ» ЗАО «Ачимгаз» ООО «Тюменский нефтяной научный центр» ЗАО «Нортгаз» и другие предприятия нефтегазового комплекса ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ TYUMENNIIGIPROGAS TYUMENNIIGIPROGAS 109 Ведущие сотрудники отдела физики пласта В завершении нашего издания хочется выразить особую благодарность тем нашим сотрудникам, без которых многого бы не осуществилось. Вкладывая свои силы, время и опыт, они, в трудные времена, создавали лабораторную базу нашего отдела, ставили на поток новые исследования, открывали новые направления, обучали молодых специалистов. Огромное спасибо Вам, Коллеги! ШАШКОВ Юрий Акилеевич Выпускник Миасского горного техникума. Основатель направления специальных исследований керна в ООО «ТюменНИИгипрогаз», имеет уникальный 49-летний опыт лабораторных исследований, из которых 18 лет был сотрудником Тюменской центральной лаборатории «Главтюменьгеологии». За время работы в ООО «ТюменНИИгипрогаз» Ю.А. Шашковым было создано более 40 различных лабораторных установок и узлов, обучено более 10 молодых специалистов, благодаря чему, лаборатория физики пласта активно развивалась. В настоящее время Юрий Акилеевич находится уже на заслуженном отдыхе, но отдел физики пласта продолжает использовать создание им оборудование, и высоко ценит его вклад. ЧУКЛИНА Надежда Яковлевна Выпускница Тюменского индустриального института им. Ленинского комсомола, основатель направления литологии в ООО «ТюменНИИгипрогаз». Выдающийся специалист в области литологии и петрографии осадочных горных пород, имеет уникальный 45-летний опыт работы, из которых 39 была сотрудником Тюменской центральной лаборатории «Главтюменьгеологии», где ей довелось выполнять литологические исследования керна всех НГР Западной Сибири. В настоящее время Надежда Яковлевна трудится в ООО «ТюменНИИгипрогаз», передавая свой опыт молодым специалистам и руководя их работой. 110 ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ФЕДОРОВСКИЙ Владимир Владимирович Выпускник Тюменского индустриального института им. Ленинского комсомола. Ведущий специалист в области создания лабораторного петрофизического оборудования. Имеет более 40 лет опыта работы с лабораторным оборудованием, большую часть которых провел в ведущих научных организациях: ЗапСибНИГНИ; ЗапСибБурНИПИ; Западно-Сибирский научно исследовательский и проектноконструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения, Институт геологии нефти и газа СО РАН. В настоящее время работает в ООО «ТюменНИИгипрогаз». Благодаря усилиям Владимира Владимировича была создана лабораторная база для испытания буровых растворов и технологических жидкостей. Владимиром Владимировичем создано более 20 различных установок и приспособлений для выполнения лабораторных работ СТУДНЕВ Владимир Петрович Выпускник Тюменского индустриального института им. Ленинского комсомола. После окончания института Владимир Петрович 30 лет трудился в институте «ЗапСибНИГНИ» .В 1998 г примкнул к коллективу ООО «ТюменНИИгипрогаз». В отделе физики пласта Владимиром Петровичем было изготовлено и усовершенствовано несколько исследовательских установок. Особый вклад внес Владимир Петрович при создании первой мобильной лаборатории исследования керна TYUMENNIIGIPROGAS 111 ЗАМЕТКИ Исследования керна Сервисный каталог отдела физики пласта Тюменского научно-исследовательского центра ООО «ТюменНИИгипрогаз» Автор Александр Борисов Редактор Станислав Белов Дизайн, верстка Анастасия Цибарт Корректор Юлия Соловьева В каталоге использованы результаты исследований, полученные в отделе физики пласта ТНИЦ ООО «ТюменНИИгипрогаз» Подписано в печать январь 2017. Тираж 30 экз. Отпечатано в ООО «ТюменНИИгипрогаз» 625019, г. Тюмень, ул. Воровского, 2., тел.: (3452) 286-481 www.tyumenniigiprogaz.gazprom.ru, e-mail: [email protected] ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ

Борисов А.Г. Исследования керна

Разделы

Поддержка

Борисов А.Г. Исследования керна

Добавить этот документ в коллекции

Добавить этот документ в сохраненные

Предложите, как улучшить StudyLib