Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтегазонасыщения горных пород

Изложены теория и методика геофизических исследований скважин. Приведены сведения о коллекторах нефти и газа (структура, промышленная оценка, основы классификации), петрофизические характеристики коллекторов, их покрышек и погребенных вод, являющиеся научной основой использования геофизических методов при решении задач нефтепромысловой геологии.

Во 2-е издание (1-е изд. — 1975) включены разделы об использовании ядерно-магнитного и диэлектрического методов, расширены разделы по комплексной интерпретации данных промысловой    геофизики,    обновлен    графический материал.

Для инженерно-технических работников нефтяной и газовой промышленности (геофизиков, геологов и специалистов по разработке месторождений).

Высокая эффективность геофизических методов обусловлена наличием достаточно тесных связей между структурой, минеральным составом пород и их физическими свойствами — электрическим удельным сопротивлением, электрохимической активностью, тепловым сопротивлением, плотностью, интервальным временем пробега упругих волн, магнитной восприимчивостью, естественной радиоактивностью и др. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что горные породы и полезные ископаемые в большинстве своем могут быть детально изучены по комплексу физических свойств.Значительный объем исследований был направлен на изучение физических свойств осадочных пород для количественного определения их коллекторских свойств и нефтегазонасыщения, что было вызвано следующими причинами.1.   Бурение скважин с отбором керна требует в несколько раз больших затрат средств и времени, чем бескерновое бурение.2.  Современные способы отбора керна при глубоком бурении недостаточно совершенны. При большой глубине скважины из интервала бурения на поверхность часто выносится не более 20— 40 % керна. Обычно отбираются наиболее крепкие и практически менее интересные породы. Таким образом, данные керна не обеспечивают полного изучения разрезов скважин, особенно коллекторов нефти и газа, часто представленных рыхлыми породами.3.  Отобранные образцы пород имеют незначительные размеры, что исключает возможность получения достоверных сведений о коллекторе в целом, необходимых для его промышленной оценки. Многие продуктивные горизонты по результатам изучения керна выглядят довольно однородными образованиями. Между тем детальные геофизические исследования показывают их значительную изменчивость.4.  Структура керна нередко нарушается, что ограничивает возможность точного определения коллекторских свойств пород. Трещины, образующиеся в керне под действием динамических нагрузок на долото и при последующем хранении, повышают его пористость и проницаемость.5.  В лаборатории коллекторские свойства пород обычно определяются при атмосферных давлении и температуре. В этих условиях величины коэффициента пористости и особенно коэффициента проницаемости превышают их действительные значения. Геофизические методы дают возможность изучать коллекторы при действующих давлении и температуре в условиях естественного залегания пород, что повышает точность определения изучаемых параметров .6.  При отборе керна часто трудно точно установить состав среды, заполняющей поровое пространство. Например, по данным керна невозможно (за редким исключением вскрытия необводнен-ного пласта на неводном растворе) определить коэффициент нефте-насыщения и тем более коэффициент газонасыщения. Трудоемка оценка минерализации пластовых вод, требующая остановки скважины и выполнения специальных работ.7.  Геофизические методы позволяют либо детально изучать разрезы скважин, выделяя прослои пород мощностью до нескольких сантиметров, либо, измеряя физические параметры больших объемов пород, получать интегральные значения исследуемых свойств. Эти значения во многих случаях объективнее характеризуют коллектор, чем данные единичных анализов керна малого размера в лаборатории.8.  Данные геофизических методов и особенно микрометодов исследования разрезов скважин точнее привязаны к глубине, чем данные керна, особенно при выносе его менее 100 %.9.  Представление геофизических параметров в виде непрерывных диаграмм (кажущегося сопротивления рк, потенциалов ипс самопроизвольной поляризации, интенсивностей естественного /у и радиационного (нейтронного) 1пу 7_излУчения и ДР-) вследствие наглядности графического изображения и значительной дифференциации измеряемых параметров обеспечивает наиболее надежное расчленение разрезов скважин и их сопоставление..Получение четких зависимостей между физическими (электрическим удельным сопротивлением, электрохимической активностью, радиоактивностью и др.) и коллекторскими (пористостью, проницаемостью, глинистостью и нефтегазонасыщением) свойствами позволило разработать методики количественного определения значений по результатам непосредственного измерения в скважинах геофизических параметров рк, ^пс, 1у, 1пу и др. Заметим, что при комплексном изучении разрезов скважин одно и то же свойство горной породы (например, пористость) может быть определено по различным физическим параметрам, что значительно повышает точность его оценки по геофизическим данным. Комплекс современных способов машинной интерпретации позволяет преобразовывать непрерывно регистрируемые геофизические параметры в кривые изменения по разрезу скважины главнейших литологиче-ских признаков и основных свойств, характеризующих промышленное значение коллекторов (коэффициент пористости, степень насыщения  порового пространства нефтью и газом и др.).Достоверность оценки коллекторских свойств и нефтегазонасы-щения пород по геофизическим данным в основном обусловливается степенью изученности их физических свойств и качеством регистрации измеряемых физических параметров (рк, ^По Л» ^т и ДР-) в скважине.Изучение физических свойств горных пород и их взаимных связей в петрофизических лабораториях для повышения точности бес-керновой геологической документации разрезов скважин по геофизическим данным имеет такое же значение, как и изучение петрографии этих пород, для более обоснованного познания недр по геологическим данным. Однако в связи с тем, что физические свойства пород изучаются главным образом для установления связей, позволяющих в дальнейшем обоснованно перейти на высокоэффективное бескерновое бурение скважин, этим исследованиям необходимо уделять большое внимание.Следует помнить, что точные ответы на вопросы, какие породы пройдены скважиной, каковы их структура, пористость, проницаемость, степень нефтегазонасыщения, можно получить лишь в том случае, если известны физические свойства исследуемых пород и связи между этими свойствами и литолого-петрографи ческой характеристикой   пород.Указанное положение не всегда в должной мере учитывается геологической и геофизической службами промысловых и разведочных районов. Керн, полученный из разведочных и параметрических скважин, часто детально исследуется петрографически и палеонтологически при весьма поверхностном изучении его физических свойств. Между тем разрезы последующих скважин, бурящихся в основном без отбора керна, познаются по геофизическим данным. Такая постановка работ затрудняет проведение научно обоснованной качественной и количественной интерпретации результатов геофизических исследований скважин с начала разведки месторождения.Методы и приемы количественной интерпретации результатов геофизических исследований скважин, описанные в настоящей работе, достаточно эффективны лишь в том случае, если интерпретаторы учитывают конкретные геологические условия изучаемого района, определяющие используемые петрофизические связи, и уточняют их, сопоставляя с результатами опробования скважин.Для обеспечения высокой точности интерпретации результатрв геофизических исследований скважин необходимо предъявлять предельно строгие требования к качеству геофизических диаграмм. К сожалению, еще до сих пор этому вопросу не всегда уделяется должное внимание, что исключает полноценное использование диаграмм для количественного изучения разрезов скважин.Законы, которым подчиняются изменения физических свойств пород, достаточно хорошо изучены, поэтому корректировка ранее установленных связей конкретно для данного объекта может быть выполнена с наименьшими затратами средств путем отбора из изучаемого коллектора ограниченного объема керна и измерения его физических свойств с максимальной степенью точности. В последующем обычно используются те из известных зависимостей между измеряемыми и изучаемыми свойствами коллекторов, вблизи которых с минимальной дисперсией располагаются экспериментальные точки, полученные на керновом материале из объекта исследования. Такая проверка требуется главным образом для тех объектов, структурные свойства которых резко отличаются от свойств объектов, петрофизические связи которых хорошо изучены. Таким образом, знание петрофизики коллекторов — обязательное условие для точного решения рассматриваемых задач, поэтому автор в гл. II дал краткое описание физических свойств коллекторов и покрышек. Остальные главы посвящены вопросам выделения и промышленной оценки коллекторов и особенностям использования геофизических методов при подсчетах запасов нефти и газа. В гл. IX приведены сведения о современных геофизических способах получения данных о возможной максимальной производительности скважин и действительной производительности отдельных участков эксплуатационного объекта по данным дебитометрии. В работе даны примеры определения подсчетных параметров по геофизическим данным. Автор использовал общепринятые сокращенные обозначения (символы) величин (физических свойств, параметров, коэффициентов). Для того чтобы избежать многократных пояснений в тексте, в приложении приведен список основных, часто встречающихся обозначений величин и их размерности.