Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕЩИННОЙ ПОРИСТОСТИ ПОРОД

Изобретение относится к области геофизических исследований (петрофизики), в частности к ультразвуковым исследованиям горных пород, и может применяться для оценки трещинной пористости горных пород.

Известен способ оценки трещинной пористости в шлифах под микроскопом (Гмид Л.П. Методическое руководство по литолого-петрографическому и петрохимическому изучению осадочных пород-коллекторов. СПб: ВНИГРИ, 2009, с.160), в котором измеряется площадь шлифа, длина следов трещин и их ширина. По данным замеров производится подсчет параметров трещиноватости по формулам, полученным экспериментальным путем на опытах в открытых щелях, имитирующих трещины разной раскрытости и ориентировки. Недостатком указанного способа является его низкая точность и достоверность полученных данных, обусловленная тем, что исследуется только малый объем горной породы в шлифе.

Наиболее близким к предложенному способу (прототипом) является способ определения трещинной пористости пород (патент РФ №2012021, G01V 1/40, опубл. 30.04.1994), заключающийся в проведении в изучаемом разрезе волнового акустического и гамма-гамма каротажа. По данным каротажа определяют коэффициент сжимаемости пород для двух значений плотности заполняющей скважину промывочной жидкости. При этом плотность увеличивают на 15-20% в зависимости от глубины скважины и допустимой величины давления гидроразрыва пород. Коэффициент пористости пород определяют с учетом коэффициентов сжимаемости пород, определенных по двум замерам, коэффициента сжимаемости матрицы (блока) и изменения плотности бурового раствора перед повторным исследованием. Недостатком известного способа является невысокая точность, обусловленная отсутствием достоверных данных о коэффициенте сжимаемости матрицы и методов его определения в реальных условиях залегания пород, а также отсутствием надежных данных о зависимости коэффициента сжимаемости пласта от изменений плотности бурового раствора в скважине.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа, позволяющего осуществлять оценку трещинной пористости горных пород с высокой точностью.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности определения трещинной пористости пород.

Для достижения указанного технического результата в способе определения трещинной пористости пород, включающем измерение скорости распространения продольной волны в исследуемой породе и выполнение расчета с использованием полученных данных, предварительно формируют набор образцов исследуемой породы. Экспериментально определяют общую пористость каждого из упомянутых образцов в атмосферных условиях, также экспериментально определяют скорость распространения продольной волны и общую пористость в образцах исследуемой породы в условиях, моделирующих пластовые условия. После чего определяют скорость распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы с использованием полученной экспериментально зависимости скорости распространения продольной волны в образцах исследуемой породы от их общей пористости, определенных экспериментально в условиях, моделирующих пластовые условия. Далее рассчитывают величину трещинной пористости (Кп тр) для каждого из образцов исследуемой породы по формуле:

Кп тр=[100-1,6Кп общ - 100(Vp изм/Vp ск)]/20,4,

где Кп общ - экспериментально определенная общая пористость образца;

Vp изм - измеренная скорость распространения продольной волны в образце;

Vp ск - скорость распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы,

после чего определяют поровую пористость, как разницу между общей пористостью и трещинной пористостью.

В горной породе поры и трещины образуют общую пористость

где Кп пор - поровая пористость горной породы, %;

Кп тр - трещинная пористость горной породы, %.

Для исследования горной породы необходимо выяснить, какая доля общей пористости приходится на поры и какая - на трещины для каждого образца исследуемой породы. Использование понятия добротности и знание величины общей пористости образцов исследуемой горной породы позволяет проводить такое разделение.

Отношение измеренной скорости распространения продольных волн в образце исследуемой породы к скорости распространения продольных волн в минеральном скелете исследуемой породы (при Кп общ, равной нулю), выраженное в процентах, называется добротностью Q (Мори В. Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти. М.: Мир, 1994, с.176-184) и характеризует воздействие пор и трещин на породу

где Vp изм - измеренная скорость распространения продольной волны в образце исследуемой породы, км/с;

Vp ск - скорость распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы, км/с.

Как вытекает из выражения (2), при добротности, равной 100%, порода не имеет ни трещин, ни пор. Уменьшение значения добротности отражает наличие в горной породе трещин и пор.

Известна зависимость добротности Q от поровой пористости Кп пор

где Q - добротность горной породы, %;

а также - зависимость добротности от трещинной пористости горной породы:

откуда вытекает зависимость добротности от общей пористости:

решая известное уравнение (5) относительно Кп тр, получаем формулу:

Подставляя в формулу (6) выражение для Q по формуле (2) и выражение для Кп пор по формуле (1), получаем конечную формулу для вычисления трещинной пористости:

На фиг.1 показана зависимость скорости распространения упругой продольной волны от эффективного давления для образцов горных пород с различной общей пористостью.

На фиг.2 - зависимость скорости распространения продольной волны от общей пористости для образцов исследуемой породы.

На фиг.3 - зависимость скорости распространения продольной волны от общей пористости для образцов исследуемого песчаника.

Способ осуществляют следующим образом.

- Формируют набор образцов исследуемой породы.

- Определяют общую пористость для каждого из образцов исследуемой породы в атмосферных условиях методом жидкостенасыщения или газоволюметрическим способом.

- Определяют общую пористость каждого из образцов в условиях, моделирующих пластовые. Общую пористость определяют посредством измерений объема жидкости, вытесненной из порового пространства образца при увеличении эффективного давления от 0,1 МПа до давления в пласте (обычно более 15 МПа), и с учетом объема образца по формуле

где Кп общ пл - общая пористость образца в условиях, моделирующих пластовые, %;

Кп общ атм - общая пористость образца в атмосферных условиях, %;

ΔVпор - объем жидкости, вытесненный из порового пространства образца при переходе от атмосферных условий к условиям, моделирующим пластовые, см³;

Vобр - объем образца, см³.

- Определяют скорость распространения упругой продольной волны для каждого из образцов исследуемой породы в условиях, моделирующих пластовые.

Общую пористость (Кп общ пл) и скорость распространения продольной волны (Vp пл) в условиях, моделирующих пластовые, определяют экспериментально с помощью установки ПУМА-650 или «Экопласт - Гео», или другой подобной установки, позволяющей моделировать пластовые условия и определять общую пористость и скорость распространения упругой продольной волны в исследуемой породе. На установке моделирования пластовых условий изменяют напряженное состояние образцов исследуемой породы путем создания всестороннего давления Рве, равного литостатическому давлению, и порового давления Рпор, равного давлению флюида (газ, жидкость) в пласте. При этом создают эффективное давление Рэф, равное их разности. При достаточно больших значениях эффективного давления (40,0 МПа и более) скорость распространения продольной волны в образцах достигает максимума (фиг.1).

- Определяют скорость распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы (общая пористость равна нулю), для чего аппроксимируют зависимость скорости распространения продольной волны от общей пористости, полученную по измеренным величинам общей пористости и скорости распространения продольной волны в образцах исследуемой породы в условиях, моделирующих пластовые, и получают линейную зависимость

где А - коэффициент, характеризующий интенсивность изменения скорости распространения продольной волны от общей пористости образцов. Аппроксимацию осуществляют методом наименьших квадратов в Excel. Степень достоверности аппроксимации определяется величиной, обозначаемой R². Чем ближе R² к единице, тем выше достоверность получаемой зависимости. Скорость распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы графически определяется как точка пересечения линии аппроксимации с вертикальной осью координат и численно равна величине свободного члена в линейной зависимости (фиг.2). Для мономинеральной горной породы возможно использование известной из справочной литературы скорости распространения продольной волны в этом минерале, определенной при условии отсутствия в нем трещин, дефектов и вкраплений других минералов.

- Определяют величину трещинной пористости для каждого из образцов исследуемой породы. Для этого используют уравнение (7) зависимости трещинной пористости от измеренной общей пористости и отношения измеренной скорости распространения продольной волны в образце исследуемой породы к скорости распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы, полученных в условиях, моделирующих пластовые.

- Определяют величину поровой пористости как разницу между общей пористостью и трещинной пористостью для каждого из образцов исследуемой породы в соответствии с уравнением (1) в условиях, моделирующих пластовые.

Пример осуществления способа.

- Сформировали набор из 22 образцов песчаника.

- Определили общую пористость (Кп общ атм) каждого из образцов методом жидкостенасыщения при атмосферных условиях.

- С помощью установки ПУМА-650 определили общую пористость и скорость распространения продольной волны для каждого из образцов в термобарических условиях, моделирующих пластовые (всестороннее давление Рвс=50 МПа, поровое давление Рпор=13 МПа, температура Т=22°С), при этом точность определения: пористости - ±0,01%, скорости распространения продольной волны - ±0,002 км/с.

- Определили скорость распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемого песчаника (Vp ск), используя линейную зависимость (9) (при А=0,11) и полученные экспериментально значения скорости распространения продольной волны в образцах и общей пористости всех образцов в условиях, моделирующих пластовые (фиг.3). Полученная Vp ск=5,8824 км/с.

- Определили величину трещинной пористости (Кп тр) для каждого из образцов исследуемого песчаника, используя формулу (7).

- Определили величину поровой пористости (Кп пор), используя уравнение (1), для каждого из исследуемых образцов.

Полученные экспериментальные и расчетные данные приведены в табл.1.

Точность определения трещинной пористости исследуемых образцов определяется погрешностью, допущенной при определении общей пористости в условиях, моделирующих пластовые, и составляет±0,01%.

В предлагаемом способе для определения трещинной пористости используют только определение общей пористости и скорости распространения упругой продольной волны в образцах исследуемой породы в лабораторных условиях, которое выполняется с высокой точностью.