Определение коэффициента пористости по данным ГИС

4. Дайте критический  анализ различных способов определения  глинистости и удельной поверхности.
5. Что такое глинистость, какова ее роль в формировании физических свойств коллектора?
6. Какие свойства и формы нахождения глинистых минералов в коллекторах определяют фильтрационно-емкостные свойства последних?
7. Ионный обмен в дисперсных системах.

 
 
 
 
 
 

_{3, ПОРИСТОСТЬ} 
 
 

3.1- виды ПОРИСТОСТИ 

      Горные  породы_т руды, каменные угли и минералы, слагающие земную кору, не являются сплошными телами. Все они обладают емкостным пространством, то есть содержат полости (поры), которые в условиях естественного залегания заполнены пластовой водой, газами, нефтью или смесью этих флюидов.

      По  происхождению полости делятся  на первичные, которые сформировались в момент образования горной породы, и вторичные, возникшие уже после образования породы, в процессе ее литогенеза.

      Первичными  являются различного вида поры между  обломками {зернами), осадочной породы, достаточно равномерно рассеянные в массиве терригенных и карбонатных пород. Такие поры называются межгранулярными или межзерновыми. К вторичным полостям относятся трещины, каверны или каналы выщелачивания минералов.

       Классические примеры пород с  первичными порами — это осадочные терригенные породы: пески, песчаники, глины (рис. 9, а, б, в). Примеры пород с вторичными полостями — трещинные и трещинно-кавернозные известняки и доломиты (рис. 9_? г, д_} е).

а — хорошо отсортированный высокопористый песчаник; б — плохо отсортированный песчаник с пониженной пористостью; в — глины; г — трещиковатая карбонатная порода (k_r ~ 0,15%); д — то же {k_T ~ 0,3%); е — трещинно-кавернозная карбонатная порода (к_Т + к^_а = 5%)

      Следует отметить, что в некоторых случаях  при глубоком катагенезе в терригенных породах могут образовываться вторичные полости (каверны и трещины), а в известняках, доломитах и мергелях — сохраняться первичные поры.

      Количественно объем всех видов пор (емкостей) в  горных породах принято оценивать  коэффициентом пористости: 

fc_n = V„/V, (3.1) 

где V_n —объем полостей, заключенных в породе; V — объем породы¹.

      Пористость  — фундаментальное свойство породы, от которого зависит большинство ее физических свойств. Однако при этом вид (конфигурация) полостей также имеет важное значение при изучении физических свойств. В общем случае коэффициент общей пористости 

К = (V_n._M3 + V_T + У_кав) / V = k_nMS + К + к_кэв (3,2) 

где V_nM3, V_T, V_KaB — объемы пор (межзерновых), трещин и каверн соответственно; k_UM3> k_Ti /с_кав — коэффициенты межзерновой пористое-ти, трещиноватости и кавернозности соответственно.

      По  форме первичные полости -— поры могут быть ромбоэдральны-ми у хорошо отсортированных рыхлых и окатанных  песчаников, тет-раодрическими у  тех же сильно уплотненных пород, щелевидными у глин, слюд и других минералов с кристаллической  решеткой пластинчатой структуры, в виде канальцев расширяющейся или сужающейся формы у плохо отсортированных обломочных образований, пузырчатыми в ненарушенных магматических породах; вторичные полости —трещиновидными у скальных метаморфических и магматических пород, каверновидными у карбонатных разностей и гипсов, каналовид-ными у лессов, ячеистыми у известковистых и кремнистых туфов, соответствующими форме выщелоченным кристаллам минералов в плотных магматических, метаморфических и осадочных породах. По размерам поры и каверны можно характеризовать эффективным диаметром², а трещины — средней шириной (раскрытием).

      В основу классификации пор по размерам положено взаимодействие твердой поверхности с насыщающей поры пластовой водой.

      В наиболее крупных, сверхкапиллярных, порах, имеющих диаметр с£_эф >10"⁴ м, доля воды, связанной капиллярными силами и силами адсорбции с твердой фазой, сравнительно невелика. Поэтому пластовая вода в этих порах может двигаться в основном под действием силы тяжести в соответствии с законами трубной гидромеханики.

      В капиллярных порах (с£_Эф= 10"⁷^10"⁴ м) радиус менисков, образовавшихся на границе двух фаз в результате поверхностного натяжения, таков, что они препятствуют движению воды под действием силы тяжести, т.е. вода в этих порах удерживается капиллярными силами.

      В субкапиллярпых порах (ci^= 2 - 10"⁹+-1 ■ 10"⁷ м)велика доляводы, на которую действуют адсорбционные силы со стороны твердой поверхности. Поры в этом случае заполнены рыхло- и прочносвязанной водой, которая практически не способна к перемещению в поле силы тяжести или под влиянием сил поверхностного натяжения,

      В микропорах (й_Эф < 2 ■ 10~⁹ м), диаметр которых соизмерим с толщиной слоя прочносвязанной воды, пластовая вода при температурах менее 70^ЙС практически неподвижна.

      Сверхкапиллярные  поры характерны для слабосцементирован-ных  галечников, гравия, крупно- и среднезернистых  песков, обломочных разностей карбонатных пород; в зонах выщелачивания карбонатных пород они могут достигать весьма больших размеров (каверны, карсты).

      Капиллярные поры типичны для сцементированных песчаников, обломочных и кристаллических  известняков, доломитов. Сверхкапиллярные и капиллярные поры составляют основную емкость гранулярных коллекторов.

      Субкапиллярные  поры свойственны глинам, мелкокристаллическим и мелоподобным известнякам, доломитам, трепелам, пепловым туфам и другим тонкозернистым породам. В отсутствие трещинова-тости все эти породы не являются коллекторами. Микропоры установлены у некоторых природных цеолитов.

      Трещиноватость  наиболее характерна для плотных, низкопористых горных пород. Происхождение трещин чаще всего тектоническое, хотя в природе можно встретить трещины диагенеза (доломитизация карбонатов), трещины уплотнения и трещины автогидрораз-рыва в зонах образования аномально высоких пластовых давлений.

      Наиболее  хорошо изучена субгоризонтальная  трещиноватость пород, ориентированная  преимущественно по напластованию. Раскрытие (ширина) этих трещин Ь редко превышает 10~⁴ м в связи с превышением вертикальных напряжений в консолидированных горных массивах над горизонтальными. Это обстоятельство способствует смыканию горизонтальных трещин. Однако в последнее время высказываются мнения о значительном влиянии субвертикальной трещиноватости в земной коре на течение многих геологических процессов. По некоторым данным раскрытие вертикальных и субвертикальных трещин может быть весьма значительным. Этот вид трещиноватости в горных породах труднее поддается изучению существующими геофизическими методами исследования скважин.

      По  характеру взаимной связи между  порами и движению флюидов в породе различают общую, открытую, эффективную и динамическую пористости.

      Коэффициентом общей пористости fc_n называется объем всех полостей, как сообщающихся между собой (или открытых), так и не сообщающихся (закрытых). Количественно общую пористость рассчитывают по соотношению плотностей сухой породы и минеральных зерен: ^n = (V-V_TB)/V=l-5_[,_c/5_TB, (3.3) 

где V — объем сухой породы; У_та — объем твердой фазы в породе; З_пс> 5_ТВ — плотности сухой ненарушенной породы и твердой фазы (минералогическая плотность породы) соответственно.

      Уравнение (3.3) используется при лабораторном способе определения коэффициента общей пористости образцов (способ Мельчера). С этой целью взвешиванием находят плотность сухого парафинированного образца 5_пси плотность минералов (твердой фазы) (5_ТВ) того же раздробленного образца путем взвешивания в пикнометре. Способ Мельчера чаще всего применяется для изучения пористости образцов пород с межзерновым типом пор. Трещины н каверны обычно недостаточно полно представлены в керне.

      Коэффициентом открытой пористости к_по оценивается объем пор, сообщающихся между собой в породе и с окружающей средой. Открытую пористость определяют путем взвешивания сухих и насыщенных керосином образцов пород с последующим нахождением объема парафинированных образцов путем их взвешивания в керосине (метод Преображенского):

^{К, = Уп,/у> (3.4)}

где V_n0 — объем пор, заполненных керосином.

      Для низкоглинистых высокопористых и рыхлых пород общая и открытая пористости отличаются незначительно. Для пород  с большим содержанием субкапиллярных пор (например, глины) различие может быть весьма существенным.

      Коэффициент эффективной пористости й_пЭф(понятие введено Л, С. Лейбензоном) характеризует полезную емкость породы для углеводородов (нефти или газа) и представляет собой объем открытых пор за исключением объема, заполненного физически связанной и капиллярно-удержанной пластовой водой; 

^п.э_Ф = (V_n.₀ - V_B._CB) / V = /с_п,₀ (1 - fc_MB), (3.5)

где /с_БСВ — коэффициент водонасыщения, определяющий содержание связанной воды в единице объема пор; Ув.св — объем связанной воды.

      Однако  не весь объем нефти или газа, заполняющих полезную емкость горных пород, можно привести в движение при разработке месторождений. Определенная часть их, находящаяся в мелких и тупиковых порах, при реализуемых градиентах давления вытесняющей жидкости остается в порах без движения.

      Коэффициент динамической пористости /с_пдпоказывает, в какой части объема породы при заданном градиенте давления может наблюдаться движение жидкости или газа. Этот объем определяют на содержащем остаточную воду и насыщенном керосином образце как разницу между объемом эффективных пор (V_no-V_BCB) и объемом пор V"_HO, в которых остался керосин после его вытеснения из породы другим флюидом (обычно воздухом или азотом): 

        fc^ = (v_n*-v_B._CB-v_Ilft)/v = = (Уи,_Ф -у,,) I v = К, <1 - К, - К,)- (3-6)

      Некоторая неопределенность определяемых в лаборатории значений к_пц и к_иэфф заключается в том, что эти величины зависит не только от свойств породы, но и от приложенного градиента давления и времени вытеснения керосина другим флюидом. Так, при длительном приложении высоких градиентов давления вытеснения к_{п д} —> к_{и Э}ф, Однако при низких градиентах давления вытеснения, как правило, к_пя < к_пзф. В величинах коэффициентов пористости, определенных на одном образце, к_п > к_п0 > /с_пэф > /с_пд.

      Ценность  информации о движении флюидов, которую  содержат коэффициенты эффективной и динамической пористости, определяет их важное практическое значение, как это показал опыт оптимизации разработки Ромашкинского месторождения на поздней стадии эксплуатации (табл. 2). Поэтому в геофизике активно развиваются радиоиндикаторные методы прямого определения к_11Д коллекторов в условиях естественного залегания. 

3.2. СТРУКТУРА ЕМКОСТНОГО  ПРОСТРАНСТВА 

      Емкостное пространство горной породы, образованное сообщающимися между собой порами, трещинами и кавернами, является весьма сложным по своему строению и состоит из сочетания емкостей разных форм и размеров. Одни поры хорошо проводят флюиды, другие — заполнены адсорбированной и капиллярно-удержанной водой.

      Структура емкостного пространства изучаемой  породы характеризуется распределением пор по размерам. Существуют прямые и косвенные методы изучения структуры емкостного пространства. К прямым методам относятся оптические, например, исследование микрофотографий шлифов {А. Ф. Богомолова, Н. А. Орлова, 1961 г.) и с помощью электронной микроскопии, к косвенным — капиллярные методы.