Плотность

Плотность — физическая величина, которая для однородного вещества определяется его массой в единице объема.

Плотность твердой фазы м пород зависит от плотностей составляющих ее минералов и их соотношения в единице объема этой фазы.

Жидкая фаза пород обычно бывает представлена пластовой водой или пластовой водой и нефтью. Плотность пластовых вод в свободном и рыхло связанном состояниях зависит в основном от химического состава, минерализации и температуры

Природные нефти характеризуются незначительным пределом изменения плотности. В нормальных условиях (р = 0,1 МПа, Т=20°С) в зависимости от химического состава н изменяется в пределах (0,7—1,06)103 кг/м3. Повышенная плотность обычно свойственна окисленным нефтям с высоким содержанием асфальтенов и смол. В пластовых условиях н зависит от температуры, давления и газового фактора. Различие плотностей нефти в пластовых и поверхностных условиях учитывается с помощью объемного коэффициента.

Плотность природных газов г в нормальных условиях зависит от их химического состава и обычно определяется отношением к плотности воздуха при тех же условиях. В отличие от твердой и жидкой фаз г более существенно зависит от температуры и давления.

Плотность пород п зависит от содержания в единице объема массы породы твердой ММ, жидкой Мж и газообразной Мг фаз и соответственно их плотностей.

 

Вопросы для проверки

1. Что такое пористость и проницаемость? Их виды.

2. Что такое коэффициенты водо- и нефтенасыщенности?

3. В чём заключается отличие гидрофильных от гидрофобных пород? И какие породы чаще всего являются коллекторами нефти и газа.

 

Тема 3.1. Электрические методы иссле­дования скважин.

План

1. Сущность методов

2. Метод естественного поля (ЕП

 

 

1. Сущность методов

При проведении электрических методов исследования скважин изучаются удельное электрическое сопротивление, естественная (собственная) и искусственно вызванная электрохимические активности горных пород. На изучении удельного электрического сопротивления основываются метод кажущихся сопротивлений (в том числе в модификации экранирование заземления) и индукционный метод исследования скважин.

Различие в естественной (собственной) электрохимической активности горных пород используется при исследованиях скважин методом собственных потенциалов (СП), а вызванная электрохимическая активность горн пород изучается методом вызванных потенциалов (ВП).

При проходке скважины различные горные породы, приведенные в контакт с буровым раствором, изменяются неодинаково. Плотные, монолитные с с минимальной пористостью породы не претерпевают изменения, и тогда буровой раствор контактирует со средой, физические свойства которой не изменены. Если породы хрупкие, на контакте со скважиной может образоваться слой с частично нарушенной структурой пласта и как бы образованной вблизи скважины зоной искусственной трещиноватости. Глинистые породы на контакте с буровым раствором, как правило, набухают, размываются и выносятся буровым раствором, в результате чего диаметр скважины в таких интервалах может значительно увеличиваться, а на контакте глины с раствором образуется небольшой глубины зона набухшей либо растрескавшейся чешуйками глины.

 

Рис. 1. Характеристика объекта исследования при изучении разреза методом сопротивления

а- коллектор, вскрытый скважиной: I – стенка скважины, II- граница между зоной проникновения и неизмененной частью пласта, б- радиальные характеристики в водоносном (1) и нефтеносном (2) коллекторах.

 

Изменение пласта-коллектора мощностью h, залегающего среди вмещающих пород с удельным сопротивлением и обладающего значительными пористостью и проницаемостью, на контакте со скважиной (диаметр d_с) бывает наиболее существенным. В связи с этим объект исследования при поисках таких полезных ископаемых, как нефть, газ, питьевая вода, оказывается весьма сложным и требует знания его специфицеских особенностей. Вскрытие коллекторов всегда ведется при условии, что давление в скважине превышает пластовое. Это вызывает фильтрацию жидкости из скважины в пласт.

При этом, если поровые каналы в коллекторе достаточно тонки и представляют собой сетку, как в фильтре, на стенке скважины образуется глинистая корка толщиной h_гк с удельным сопротивлением, а фильтрат бурового раствора проникает в пласт, создавая зону проникновения диаметром D с удельным сопротивлением. Физические свойства в коллекторе при этом значительно изменяются. Неизмененная часть пласта удельного сопротивления , где свойства коллектора сохраняются такими же, как до его вскрытия, расположена достаточно далеко от стенки скважины. Вблизи стенки скважины поры породы наиболее сильно промыты фильтратом бурового раствора. Эта зона называется промытым пластом, ее удельное сопротивление . Между промытой и неизмененной частями пласта расположена промежуточная зона, называемая зоной проникновения. В этой зоне пластовые жидкости смешиваются с фильтратом бурового раствора, а коэффициент нефте- или газонасыщения изменяется от минимального (К н) до максимального в неизмененной части пласта (Кн) значения.

Неоднородность пласта в радиальном направлении r называется радиальной характеристикой среды (рис.2б). Изучение радиальной характеристики необходимо, поскольку само существование изменения сопротивления по радиусу указывает на то, что исследуемый пласт – коллектор.

Для водоносных и продуктивных коллекторов отношение пп/р контролируется в основном параметром пористости Рп. Это означает, что для реальных коллекторов при изменении пористости от 10 до 26 % удельное сопротивление промытой зоны пласта отличается от р в 8-100 раз. Когда коллекторы насыщены нефтью или газом, это отношение увеличивается пропорционально Рн пп промытого пласта, т.е. в 1.5-2.5 раза.

При переходе от зоны проникновения с предельным значением сопротивления к водонасыщенному коллектору удельное сопротивление падает за счет того, что фильтрат бурового раствора заменяется высокопроводящей минерализованной пластовой водой. Отношение в пределе должно равняться отношению. Для нефтеносного коллектора отношение контролируется произведением двух сомножителей Рн пп/Рн и, первый из которых меньше, а второй – больше единицы. Зона проникновения по сопротивлению не отличается от неизмененной части пласта и радиальная характеристика не позволяет отличить продуктивный коллектор от плотного пласта.

В некоторых случаях при образовании зоны проникновения в продуктивном пласте происходит значительное осолонение вытесняющего нефть или газ фильтрата бурового раствора. Это приводит к образованию окаймляющей зоны низкого удельного сопротивления.

Коллекторы со сложной структурой порового пространства (трещинные, кавернозные) существенно отличаются от фильтрующих коллекторов с межзерновой пористостью.При вскрытии таких коллекторов трещинами и кавернами поглощается буровой раствор, а не его фильтрат, поэтому глинистая корка не образуется.Зона проникновения раствора и фильтрата в пласт обычно очень велика и не может быть зафиксирована. Фильтрат и раствор сначала поступают лишь в трещины, на затрагивая блоки породы. Затем по ичтечении некоторого времени блоки на контакте с трещинами видоизменяются. При изучении этого типа пород понятие «зона проникновения» усложняется и радиальные характеристики определяются намного сложнее.

Особенности изучаемых объектов при геофизическом исследовании скважин, наличие зон проникновения в коллекторах, разнообразие характеристик этих зон определяют требования к комплексу методов ГИС.

2. Метод естественного поля (ЕП

Скважинные исследования методом естественного поля (ЕП) или поля самопроизвольного (каротаж ПС) сводятся к измерению постоянных естественных потенциалов, возникающих у пластов с разной электрохимической активностью. Естественные потенциалы (потенциалы собственной поляризации) возникают при окислительно-восста-новительных, диффузионно-адсорбционных и фильтрационных процессах, протекающих в различных горных породах. Зондом для измерения собственных потенциалов служат свинцовые приемные электроды. Работы в методе ПС чаще выполняются способом потенциала, то есть установкой, состоящей из одного неподвижного приемного электрода N, заземленного вблизи устья скважины, и второго электрода M, перемещаемого по скважине. Иногда, особенно при наличии электрических помех, запись ПС ведется способом градиента потенциала. В этом случае оба приемных электрода M и N передвигаются по скважине, а расстояние между ними остается постоянным (1 - 2 м). В результате работ получаются графики естественных потенциалов, измеряемые в милливольтах . По аномалиям на диаграммах ПС выделяются пласты с разной электрохимической активностью. Однозначная литологическая интерпретация диаграмм ПС затруднена, т.к. естественное электрическое поле зависит от многих факторов. Чаще всего против глинистых пород наблюдаются положительные аномалии потенциала ПС, а около пористых проницаемых пластов - отрицательные. Интенсивными аномалиями положительного и отрицательного знака выделяются сульфидные залежи, пласты антрацита, графита. Слабыми аномалиями (единицы милливольт) отличаются массивные, плотные, плохо проницаемые песчаники, известняки, изверженные породы. (рис. 2)

Рис. 2. Схема каротажа ПС способом потенциала с полуавтоматической регистрацией: а - схема установки: 1 - блок-баланс, 2 -лебедка с коллектором, 3-милливольтметр, 4 - регистратор, 5 - лентопротяжный механизм, соединенный гибким валиком (6) с роликом блок-баланса, 7 - диаграммная бумага, 8 - карандаш; б - диаграмма естественных потенциалов по стволу скважины: I (почва) и III (известняки) - пласты со слабой электрохимической активностью, II (суглинки) и V (глины) - пласты с положительными аномалиями ПС, IV - пласт с отрицательной аномалией ПС, характерной для проницаемых слоев

 

Скважинные исследования методом ПС служат для расчленения геологических разрезов и корреляции по соседним скважинам отдельных пластов, выявления плохо проницаемых сланцев, глин и хорошо проницаемых песков, пористых известняков, выделения сульфидных, полиметаллических руд, угля, графита, оценки пористости и проницаемости пород.

 

Вопросы:

1. В чём заключается сущность электрических методов?

2. Цель проведения методов ПС?