Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование анизотропии скоростей упругих волн в карбонатных породах-коллекторах

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование анизотропии скоростей упругих волн в карбонатных породах-коллекторах"

РГЗ о

и ч-'.и и,--

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

УДК 550.834

СИРОТЕНКО Дмитрий Олегович

ИССЛЕДОВАНИЕ АНИЗОТРОПИИ СКОРОСТЕЙ УПРУГИХ ВОЛН В КАРБОНАТНЫХ ПОРОДАХ-КОЛ Л ЕКТОРАХ

Специальность 04.00.12 Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена - на кафедре сейсмометрии и геоакустик» геологического факультета Московского Государственного Университета инени М.В.Ломоносова

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор ♦.М.Ляховицкий

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук М-Зыш

кандидат физико-математических наук Л.Г.Бугаевскмй

Ведущая организация: Гидропроект5 Москва

Защита состоится " " МЛРЧА 1994 г. в (Ц час. на заседании специализированного совета Д.053.05.24 при геологическом Факультете МГУ имени М.В.Ломоносова по адресу: Москва, Ленинские горы, ИГУ, геологический Факультет, ауд.306.

С диссертацией мага ознакомиться в библиотеке геологического Факультета МГУ.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 119899, г.йосква, Ленинские горы, МГУ,

геологический факультет, ученому секретарю спецсовета Д.053.05.24.

Автореферат разослан * 1С" ^еСрвЛ*

Ученый секретарь сециатированного совета кандидат технических наук

е.'...) О I

Б.А.Никулин

дальность работы.

Кризис в ивфтедобыьавдЕй промышленности, среди прочих причин, связан с необходимость» разво-чивать поисковые работы по разведке месторождении, отличайся сложным строением пустотного остранства, приуроченных к трещиноватым и кавернозным породам, что особенно характерно для рбоиатных отлохений.Наиболее трудным и малоизученным является вопрос о трещиноватости таких лощений, как явлении, определяющем процессы Фильтрации и накопления углеводородов. Роль сейсморазведки-основного геофизического метода-при изучении специфических особенностей виноватых осадочных пород определяется развитием работ в двух направлениях!лроведение много-тноэд сейсмических исследований с использованием не только продольных, а таае поперечных и ¡менных упругих волн в диапазоне частот до 100 Гщсейсмоакустические исследования керна с целы» ■тального изучения структуры пустотного пространства и микротрещиноватости осадочных пород в шазоне частот 100 КГц-Жц.

Влияние ориентированной микротрещиноватости геологических сред на анизотропии скоростей улру-«х волн отмечалось многими исследователями .Однако, несмотря на значительный рост интереса к гучени» анизотропных геологических сред в последние годы (проведение симпозиумов по сейсмичес-эй анизотропии (1ЫВА} и секции на ежегодных совещаниях обществ геофизиков-разведчиков ЭЕБ, АЕВ), в данной области остается немало неревенных проблем.

Основной проблемой при изучении анизотропии упругих волн в трещиноватых коллекторах является ыбор адекватной модели анизотропной среды. Классическая модель трансверсально-изотропной среды ТИС) используется для изучения упругих характеристик тонкослоистых периодических сред.Явление гимутапьной аниготролии скоростей упругих волн, связанное с пространственным распределением риентированных систем (микро)трещин, лишь в определенных пределах коиет быть исследовано в рамах модели ТИС. Нуждается в дальнейшей разработке вопросы геологической интерпретации данных магматического моделирования анизотропных микротрещиноватш сред.

¿пь работы - изучение- анизотропии упругих волн, распространяйся в трещиноватых карбонатных :оллекторах, и на этой основе, выбор такой модели анизотропной среды, в рамках которой был бы язмо*ен более детальный анализ связи параметров упругой анизотропии и анизотропии таких

характеристик коллекторов, как проницаемость и м*кротре*иноватость,

В процессе исследований решались следукцие основные задачи:

1.Проводилось изучение азимутальной анизотропии поперечных волн методом ультразвуком, просвечивания на образцах керна ммкротремноватых карбонатных пород.

2.Подробно анализировались взаимоотноаения между коэффициентами и параметрами (ниже параме рами Тдасена) упругой анизотропии для практически важных моделей анизотропных сред.

3.Исследовались связи упругой анизотропии и летрофизичесш параметров, характеризуем* микр| тре»иноватость реальных осадочных пород-коппекторов.

4.Разрабатывались приемы литопогической интерпретации коэффициентов Пуассона анизотропных ге< логических сред.

Научная новизна.

1.Коэффициенты анизотропии и параметры Томсена, введенные для всех типов волн, распростран! щихся в трансверсально-изотролной среде, обобщены для ортотропной модели анизотропной геолог: ческой среды.

2.Установлены закономерности поведения параметров упруго* анизотропии и избыточной податш вости для сухих и еодонасщенных моделей микротреяиноватых карбонатных коллекторов для все; диапазона изменения параметра формы (аспектного отношения) фипьтруадих микротремн.

3.Показан характер изменения величин анизотропных коэффициентов Пуассона при водонасьцении пустотного пространства терригенных и карбонатных коллекторов.

Основные зажижаемые положения.

1.Параметры анизотропии, используемые при изучении трансверсально-изотропных сред, обобдены 1 ортотропные геологические среды.

2.Показана связь анизотропии скоростей упругих волн с параметрами микротре*иноватости тра1 сверсально-изотролных и ортотропных моделей карбонатных коллекторов.

3.Предложен метод интерпретации явления изменения величин коэффициентов Пуассона анизотропм кадочных пород, основанный на принципах теории дифференциальной смачиваемости.

рактическая ценность работы.

Проведенные исследования явления упругой анизотропии осадочных пород-коллекторов позволяют екомендоватъ более обоснованный подход к выбору модем анизотропной среды при анализе реальных анных сейсмоакустики, сейсморазведки и сейсмологии.

Установлена тесная связь анизотропии скоростей упругих волн и параметров, характеризуя«** м*к-отре*иноватость реальных коллекторов углеводородов, еализация работы в производстве.

Прикладные результаты данного исследования вкличены в отчеты о НИР кафедры сейсмометрии и геокустики геологического Факультета ЯГУ по хоздоговорной теме N 108 "Разработка моделей анизотро-ны.х осадочных отложений и анализ результатов моделирования' (1990-1992) и переданы для исполь-звания в институт ВНИИГеоФизика. пробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены на 5 симпозиуме по сейсмической «зотропи* (БанФФ, Альберта, Канада,1992) и на 55 ежегодной конференции европейского об»ества ?офн8иков-разведчиков (Ставангер, Норвегия, 1993), докладывались на конференции аспирантов алогического Факультета МГУ 1993 года.

гбликации.Основные положения диссертации опубликованы в 2 работах и одна работа принята к лепи.

>уем и структура работы.Диссертация состоит из введения, пяти глав, зашчения и содержит 120 ■раниц, 20 таблиц, 15 рисунков.Список литературы вкличает 140 наименований.

Автор выражает огромну» благодарность свой семье за проявленную выдержку в это тяжелейшее для щиональной науки время.

йвтор глубоко признателен своему научному руководители профессору Ф.М.Ляховицкому за внимание работе и всесторонний помадь.

Автор благодарен К.В.Кривсвее и сотрудникам лаборатории "Сейсмика неоднородных и анизотропных ед" (псюФ.Т.И.Облогиной.докт.геол-мин.наук В.Б.Пхйп,канд.геол.-мин.наук Е.А.Ефимовой,В.И.Ery-

новом) за постоянную поддержку.

ОСНОВНОЕ СОШАНИЕ РАБОТЫ

[лава^ЬРазвмтже исследований явления сейсмической^ анизотропии к их связь с проблемой микротре жиноватости осадочных пород.

Показано, что постановка проблемы анизотропии пространства в самом общем виде, принадлежи-эпикурейской аколе эллинистической мысли.Работы, посвяженные исследовании упругих характернее анизотропных сред стали появляться в начала 20 века (H.P.Rudzki,H.Nagaoka).Теоретический Фундамент геофизики анизотропных сред был заложен в работах Й.В. Ризниченко (1949),6.Post«a (1955), С.Н.Рытова (1956) ,6.Backus (1962).Эт» исследователи шожипи начало изучении характер«™ тонкослоистой периодической среды (ТПС).

В настоящее время осознана важная роль ориентированной субвертикальной (микро)тре*иноватости1 как при интерпретации результатов сейсмологических зондирований хоры и верхней мантии, так и дш сейсмических и акустических исследований осадочных пород. Изучение упругих характеристик слоисто-трещиноватых сред в рамках "классической" модели Ж наталкивается на определенные трудности, Для исследования таких сред предложена ортотропная модель анизотропной геологической среды, дл* полного описания упругих характеристик которой необходимо использовать 9 независимы* упругих постоянных Си.Для ортотропной среды характерно наличие трех взаимно перпендикулярных плоскостей упругой сиичетрии, которые качественно верно алпроксинируит пространственное распределение взаимно перпендикулярных систем микротрещин, например, в'карбонатных коллекторах (К.И.Багриицева, 1982).

Упругие характеристики ортотропных сред рассматривались О.Г.Сорохтиним (1963);А,К.Уруповым, С.И.Лалиным (1972);И,Р.0боленцевой (1986) и в экспериментальных исследованиях Г.Т.Продайводь (1987);Ф.Ф.Горбацевича (1992);S.Cheadle,R.J.Bronn,D.C.LaMton (1991);R.J.Brotm et all (1993).

Началом нового этапа в развитии исследований по изучении сейсмической анизотропии трещиноватах сред предлагается считать 80-е годы, что связано с проведением сейсмологических исследований в

натопим (1979-1984,Turkish Dilatancy Projects; R.Evans,B.Ucer,ft.logan,J,lovell,S.Craapin), pe-упьтатом которых было обнаружение эффекта EDA (extensive dilatancy anisotropy) и осознание роли убвертикальной (микро)трещиноватости в земной коре, что привело к постановке проблемы (aicro) rack-induced anisotropy, стержневой для петрофизических приложении. Анализ тем докладов, представленных на IWSA, позволил определить некоторые тенденции развития еофизики анизотропных сред за десятилетие (1982-1992).В экспериментальных исследованиях сейсми-еской анизотропии отмечено систематическое симение доли "низкочастотных" методов геофизики сейсмология и различные модификации сейсморазведки) и увеличение доли относительно более "высо-очастотных" (ахустичесхого каротажа и сейсмоахустических лабораторных методов).Таким образом, нтенсивность исследований петрофизических аспектов проявления эффекта сейсмической анизотропии озрастает.

Анализ публикаций по сейсмической анизотропии в журналах обществ геофизиков-разведчиков(5Е6, АЕ6) "Geophysics","Geophysical Prospecting" показал, что начиная с 1979 эта тематика становится хтоянной в их рубриках, причем этой проблематике в отдельные годы посвящено Ы от общего коли-ества статей (19B2,6eophysics).

Отметим хронологи» выхода Фундаментальных сводок, обобщаищих те или иные аспекты явления сей-чической анизотропии (М.В.Невский,1974;Е.М.Чесноков,1977;Г.И.11етра11еньЛ980;Б,П.Сибиряков,Л.А. зксимов.М.А.Татарников,1980; J.E.White,1983;Ф.М./1яховицкий,1988;А.Г.Бугаевский, 1988).Большой <лад в исследование проблемы внесли работы Н.Н.1)угырева,А.М.Епинатьевой,И,Р.0боленцевой,А.К. Дулова,А.И.Савича,Л.В.Бродова.

Среди исследований упругих свойств горных пород и минералов выделим работы Б.П.Беликова,К.С. 1ександрова,Т.В.Рыжовой (1970);Е.И.Баюк,М.Л.Воларович,М,/]евитовой (1982);К.С.Александрова, .Т.Продайводы (1993)¡H.B.Huntington (1958);6.Si«sons,H.Wang (1971).Данные ло анизотропии льдов мерзлых пород содержатся в работе М.Зыкова,О.П.Червинской (1989).

Из зарубежных исследователей сейсмической анизотропии в первую очередь необходимо выделить :лад K.Helbig,S.Cra®pin.OTMeTHM ученых из американских и канадских университетов (R.J.Brotm, ,J.6endzwll,J.Del]inger,F.Muir,K.Larner), нефтяных корпораций (D.F.Winterstein,M.A.Meadows,

W.Rizer,D.Corrigan,J.T.Etgen,R,H.Tatha*), представителей европейской науки (J.A,Hudson,P.Leary, G.Rouel,I.R.Bush,J.Douiaa) и геофизических компаний (M.A.Schoenberg,C.Spencer).

Глава 2.Измерение азимутальной анизотропии поперечных волн в трещиноватых карбонатных породах.

В главе представлены результаты экспериментального исследования азимутальной анизотропии поперечных волн, выполненного методом сейсмоахустического просвечивания образцов керна карбонатных пород месторождения Северное Хоседа» (Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция), /мбезно предоставленные проф.К.И.Багринцевой.

В последние годы выполнены экспериментальные работы ло изучении упругой анизотропии горных пород сейсмоахустическим методом, однако, в основном, керна метаморфически* и магматических пород. Упругая анизотропия карбонатных пород рассматривалась Л.И.Звягинцевым,Л.Н.Левуакиньм,O.K. Коротком^ (1970);0.И.Силаевой,А.Й.Занахаевым (1974).

Уровень современных экспериментальных исследований анизотропии скоростей упругих волн,распространяющихся в реальных образцах керна микротрещииоватых осадочных пород, не отвечает потребностям геологической практики.Среди причин этого явления следует отметить относительную трудоемкость исследовании подобного рода, а также господство представления о 'слабой анизотропии" осадочных пород в целом.

При проведении ультразвукового просвечивания образцов керна использовался дефектоскоп УД-2-12 и совмещенные (P/S) пьезодатчики конструкции Ф.Ф.Горбацевхча.Частота зондируицего импульса для Р-вопн-780 КГц, для S-волн-бОО КГц, относительная погрешность измерения скоростей упругих волн составила TL.

Изучение азимутальной анизотропии поперечных волн проводилось на каждой из трех взаимно перпендикулярных и ориентированных граней кубических образцов керна.Определялись такие средние для каждой грани значения скоростей продольных вопн.Образцы исследовались в воздувно-сухом и водона-насыщеннои состояниях.

Исходное попе скоростей поперечных волн теет две составляющие:регупярну»-"анизотропнума и не-регулярнун-'неодиороднуи'.Согласно D.Baiford, K.R Nunn (1979),А.Г.Бугаевскому (1988) анхзотроп-

ная компонента связана, главным образом, с наличием в образце ориентированной микротрежиноватос-ти, а не с ориентировкой зерен минералов.♦.И,Федоров (1956) показал, что анизотропная компонента имеет период 180 градусов, а неоднородная составля»*ая-360 градусов, поэтому, согласно теоре- мы Котельникова, исследования азимутальной анизотропии можно проводить с шагом 45 градусов, что позволяет надежно дискретизировать анизотролну» компоненту поля скоростей.

Реализация методики, предложенной М.В.Некш (1977), позволила не только выделить анизотролну» составлявщу» исходного поля скоростей поперечных волн, но и получить "в чистом виде" неодно-родну» компоненту.Метод селекции анизотропной составляедей является разновидность» пространственно-угловой Фильтрации, разработанной для ревения задач метеорологии и гидрологии G.Crystal, J.Murray (1906);П,А.Кондратьев (1926).

Выделенная 'анизотропная компонента 0(Ф)-периодическая Функция, заданная для конечного числа значений аргумента Ф.Аппроксимация данной дискретной последовательности на интервале (0,1) представляет собой задачу тригонометрического интерполирования для равноотстояжих (ваг по углу постоянный и равный 45 градусам) значений аргумента (З.Уиттекер,Г.Робинсон, 1933).

Предложено тригонометрическое представление анизотропной компоненты измеренного попя перечных юли:

л

£>(ф)=т; (A.COS^J + B.sin-^j) (1)

f=i Т

Т-лериод 0(Ф); A;, Bj-коэффициенты, имещие размерности скорости.Тригонометрическое интерполирование для попей скоростей продольных волн обсуждалось Б,Е.Backus (1965),D,Banford,K.R.Nunn (1979),S.Cra®pin et all (1980) K.R.Nunn et all (1933).Степень полинома (1), с точки зрения S.E. Backus, соответствует обжему числу гармоник этого полинома.

Проведен расчет коэффициентов полиномов (1) 2,4,6 степеней.Адекватность аппроксимации анизотропной компоненты оценивалась по результатам статистического анализа характеристик неоднородной составляли поля скоростей.Определялись две характеристики этой составлявшей: модуль среднего

значения и среднее квадратическое отклонение ».Величины коэффициетов анизотропии поперечных волн при использовании представления (1) определялись как:

Для коэффициентов анизотропии (2) расчитывались доверительные интервалы, определяйте степень их отличия от 1, сотгетствуще», как известно, состоянию упругой изотропии.На основании анализа полученных данных были сделаны основные выводы:

1.Средняя скорость поперечных волк в направлении вкрест напластования (грань 1) как для воз-дувно-сухих, так и для водонасыщенных образцов существенно меяме скорости поперечных волн в направлении параллельном напластовании (грани 2,3); для скоростей продольных волн имеем обратное соотноаение для сухих и для водонасыщенных образцов.

2.3ависимость скорости поперечных волн от характера насцения структуры пустотного пространства (С1Ш) карбонатных коллекторов имеет сложный характер.В целом, скорость Б-волн в воздумо-сухих образцах больее, чем в водонасыщенных, скорости продольных волн всегда увеличивается при водонасыщении СПП.

3. Коэффициенты анизотропии поперечных волн вкрест напластования в целей больве чем параллельно напластовании как для воздуино-сухих, так и для водонасыщенных образцов.

Сопоставляя эти результаты с выводами К.И.Багринцевой (1977,1978,1982) можно утверждать, что для изученного интервала отбора керна характерно преимущественное развитие субвертикальной мик-ротрещиноватости.

Проведена оценка характера корреляционной связи между коэффициентами анизотропии в трех взаимно-перпендикулярных направлениях и коэффициентами абсолютной проницаемости в этих направлени-ях.Изучен вопрос о наличиях связей типа К=Р( 1дКл), где К-козФФициент анизотропии, Кд-коэФФкциент абсолютной проницаемости .Установлено наличие значимых коэффициентов корреляции В для воздушю-сухих образцов, а связи *Ж1дКд) для всех граней водонасыщенных образцов незначимы.

(2)

[лава 3.0ртотропная_щель анизотропной геологической среды, карбобжение трансверсально^изя-ропной модели.

Ортотропными считается такие гетерогенные упорядоченные геологические среды, которые, являясь анизотропными, имеит матрицы упругих постоянных [Си] такие же, как и кристаллы ортороибической системы симметрии (R.F.S,Hearaon,1987).

Симметрия упругих свойств горных пород, согласно Г.Т.Продайводе (1987), характеризуется группой текстур.Нами рассматривается распространение упругих волн в трех плоскостях упругой симметрии определяют ромбическую текстуру осадочных горных пород. Текстуры горных пород с матрицами упругих постоянных, имеэдих число яезависхий упругих постоянных меньвее чем 9, можно рассматривать в качестве частных случаев ромбической.

Для характеристики анизотропии скоростей упругих волн, распространяйся в ТИС, L.Ttomsen (1986) ввел следумие параметры (ниже параметры Томсена):

Y - С*' 0» д_ (С»*^)* - (Сц-С,,)* _ Сц-р» 1 2Ctt U 2C,j ( Cjj"C14 ) 2 С,,

Осадочные породы имеит степень анизотропии *от слабой до средней" (weak-to-eoderate range), еспи справедливо неравенство:

у,!,« < 0.2 ¡4)

Нами с использованием результатов S.B.Cheadle,R.J.Brown,D.C.lawton (1991! получены выражения для параметров Томсена lu, ви для трех взаимно ортогональных плоскостей упругой симметрия ор-тотропт геологических сред. Определялись параметры Томсена ортотропных осадочных пород Дкепрово-Донецкой впадины (исходные

данные Г.Т.Продайводы) и некоторых орторомбических минералов.Установлено, что больаинство осадо-

. #

чных пород имеит значения параметров fu, in, Ши, удовлетворяйте (4).Среди рассмотренных минералов "Meak-to-eoderate" анизотропию имеит немногие.Для минералов характерно наличие значительно болмих значений анизотропии скоростей упругих волн, чем дпя осадочных пород.

Большое число нулей среди параметров 1ц, йа для терригенных пород по сравнении с карбонатными подтверждает известный Факт о том, что карбонаты более анизотропны по сравнении с тер-

ригенными породами.Отмечено увеличение числа нулевых значений параметров Томсена при водонасыще-нии СИЛ осадочных пород флюидом, что особенно характерно для песчаников.Ланный факт может служить одним из подтверждений гипотезы об увеличении упругой симметрии (сиюетризацин) СЕТИ горных пород при водонасыщении (Г.Т.Продайвода,1987).

При обобщении результатов Ф.М.Ляховицкого (1992), получены уравнения связи параметров Томсена fu. iij, «и, кажущихся (со звездой) и истинных коэффициентов знигстропии упругих волн, распространявшихся в ортотропных геологических средах.

V - ( ^J.'1 Д _ < A'gp _ ( AiP ^jm'1 (5) У la--2- °lm--2- la--2-

1,»¡-индексы плоскости симметрии.

Установпена связь кажущихся коэффициентов анизотропии (А*да) ±3, (л*^) квазипродольном и квазипоперечных волн с упругими постоянными Си ортотролнои геологической среды.

На основании анализа соотноаений между параметрами Томсена Ф.Н.Ляховицким (1988,1993) ревена задача классификации типов индикатрис квазмпродольных волн для ТИС.Наки сделана попытха обобщить этот подход на случай менее симметричных ортотротш геологических сред.йнапиз типов индикатрис qP волн для исследованных осадочных пород показывает, что изотропия СИП в пластовых условиях более характерна для терригенных пород, чем для карбонатных.

Глава 4.Связь упругой анизотропии и м_икротрещиноватости для моделей карбонатных пород-коппекто-

ров^

H.D.Carbin,L.Knopoff (1973-1975) поставили, в рамках модели "эффективно-неоднородной" среды, задачу определения упругих постоянных материалов, содержащих случайно распределенные микротрещины сферической Формы.Зтот подход был использован J.fi.Hudson (1980,1981) для решения проблемы определения упругих постоянных таких сред, хоторые благодаря наличии ориентированной микротрещи-новатости, обладант упругой анизотропией.Реиение J.A.Hudson обладает больней общность« по сравнении с реиением Q.Nishizana (1982), так как может быть обобщено для анизотропных сред с произвольной упругой симметрией, тогда как подход O.Nishizana применим лиаь для ТИС.

При математическом моделировании наиболее существенным является правильный выбор исходны/, параметров модели,Для длинноволнового приближения теории распространения волн справедливо:

■А » а (6)

2хС

V.-скорость поперечных волн, f-частота зондирумщего импульса, а-характерный размер неоднородности среды (H.D.Sarbin.L.Knopoff рассматривает сферические микротрещины).Используя результаты второй главы, получим оценку для а < 0.09 см, что находится в пределах диапазона дпин микротрещин (1 i 0.01 см) карбонатных коппекторов, согпасно морфогенетической классификации К.И.Багринцевой (1982).Нами используется концепция Е.М.Смехова (1981,1987) согласно которой, трещинная пористость считается составной часть» "вторичной пористости" карбонатных коллекторов и михротрещины рассматривается независимо от расвирений, которые развквамтся по ним в пластовых условиях.

При выборе модели микротрещины, мы следуем подходу Дл.Эаелбм (1963) и используем сплищенный (Dblate) эллипсоид вращения (для ТИС следует рассматривать двухосный эллипсоид, а для ортотроп-ной среды требуется трехосный зппипсоид).Трехосный эллипсоид имеет д$а различных параметра Формы.Без ущерба общности считая а>Ь, имеем:

ax=c/b < 1, а2-с/а < 1 «2<ai (7'

Логарифм аслектного отношения фильтрующих микротрещин в карбонатных коллекторах принимает значения в интервале И;-2] (К.И.Багринцева,19В2).

Выбор J,Douma (1988) диапазона значений логарифма аслектного отношения [-5;0] в этой связи представляется произвольным, тем более, что М.Е,Tucker,V.P.Wright (1990) выде.ояит удлиненные лоры, развитые в известняках (elongate pores), для которых логарифм аслектного отношения равен -1.

При расчете упругих постоянных моделей микротрещиноватых карбонатных коллекторов нами используется модепь J.A.Hudson, который предложи упругие постоянные анизотропной среды Си представ-пять спедущим образом:

circ¡¥+ciy+c¡? (В)

Первое слагаемое (8) характеризует упругие постоянные первоначально изотропной среды, второе описывает упругие постоянные, связанные с "наведенной" микротрещиноватость» и последнее учитывает эффекты взаимодействия микротремн (crack-crack interactions).Представление (9), но без третьего слагаемого, было впервые предложено Б.С.Цекиным (1970).

Нами при расчете параметров упругой анизотропии моделей трансверсально-изотропных и ортотроп-ных' микротрещиноватых карбонатных коллектсрсв, рассматривается две модели.Б моделях первого порядка используются лишь первые два слагаемых (8).Для моделей второго порядка упругие постоянные определяется всеми тремя слагаемыми (8).

Рассматривается два принципиально важных типа заполнителей микротрещин в горных породах е пластовых условиях; воздувное заполнение (сухие одротреадны) и водное.

Сжимаемость | и податливость S для изотропных сред связаны через коэффициент Пуассона:

»

Анизотропия сжимаемости кикротредин играет определяют» роль в процессах Фильтрации флюидов i трещиноватых коллекторах (И.А.Бурлаков.Г.И.Струков,197В).

Важный ваг в понимании связи упругой анизотропии и микротрниноватости был сделан H.Shoenberg (1980);M.Shoenbenj,iLDouea (1988), благодаря введени» безразмерных коэффициентов избыточной податливости микротрещиноватой среды относительно первоначально изотропного континуума.Теория Hud-son-fiarbin-Knopoff получила четкую прикладную петрофизическу» направпенность.Однако, H.Shoenberi и J.Douta рассматривали модели только трансверсально-изотролных микротрещиноватых сред.В данно! главе обобщены некоторые положения указанных работ для ортотропных геологических сред.

J.Douaa (1988) получил приближенные выражения связи безразмерных коэффициентов избыточной по датливости и параметров упругой анизотропии Томсена для ТИС.Для ТИС три параметра Томсена вира хаются через два коэффициентами избыточной податпивостю.Нами получены выражения связи параметро

анизотропии и избыточной податливости для ортотролной среды.В этом случае девять параметров Том-:еиа вц>г*а»тся всего через три коэффициента избыточной податливости.

При расчетах использовались типичное значение пористости трещинного карбонатного коллектора 11=0.01% и завышенное примерно на порядок пг=0.21 (Е.Й.Смехов,1987).

Результаты расчета поведения параметров упругой анизотропии для ТИС в зависимости от величины кпектного отношения фильтрующих микротрещин даит возмощность сформулировать некоторые основные »воды:

1.Модели воздушно-сухих СПП коллекторов.

1.1 Модели первого порядка.

При стремлении логарифма аспектнст отношения к нули теория Нийюп-багЫп-Кпоро!! дает качест-<енно верное описание поведения параметров Томсена, как для типичного значения пористости, так и ¡ля завывенного.При уменьшении упругой анизотропии среды до полного ее исчезновения, параметры 'омсена должны стремиться к нуля, что и наблюдается.Умеренное возрастание значений параметров омсена при наличии анизотропии степени "от, слабой до средней" мотет быть удовлетворительно опи-ано в рамках теории практически для всего диапазона значений параметра Формы Фильтрующих ммкро-рещин.

1.2 Модели второго порядка.

Характерной особенность» зависимостей параметров упругой анизотропии от логарифма аспектиого тноаения для моделей, учитывающих эффекты взаимодействия михротрещин, является наличие кстремумов для некоторых из этих параметров.При пористости'л1=0.0П имеем максимальные значения араметров ¿,< (не превышающие 0.2, что соответствует степени анизотропии от слабой до средней) го» логарифмов военных отнесений фильтрующих микротрещин равных соответственно -3.7 и -.8. Параметр J для всего диапазона микротрещин монотонно стремится к нулю при уменьшении упругой изотропии среды.

2.Модели водонасыщенных СПП карбонатных коллекторов.

2.1 Модели первого и второго порядка.

По сравмш с моделями воздушно-сухих коллекторов вид зависимостей параметра Томспи | от

аспектного отношения практически не изменился как для моделей первого, так и второго порядков так как величины модулей сдвига материалов, заполняющих включения (воздух и вода) равны нулю Можно утверждать, что в рамках используемой теории, анизотропия поперечных волн, распространяю щихся в трещинном коллекторе при его водонасыщении не изменяется.Этот факт может служить лодт верждением того, что "ответственными" за увеличение степени упругой симметрии (симметризации СПП микротрещиноватых карбонатных пород при водонасыщении и, связанное с этим уменьвение коэффи циентов анизотропии упругих волн, являются развитые по трещинам в пластовых условиях пустоты вы щепачивания, каверны и пр., сложная Форма которых не может быть описана в рамках теории Hudson Barbin-Knopoff.

Таким образом, степень изменения анизотропии тзипаперечных волн в михротрещиждаатых холлек торах может служить индикатором интенсивности развития процессов выщелачивания в пластовых услс виях.

Анализ поведения коэффициентов избыточной податливости для трансверсально-нзотропных и орте тролных моделей карбонатных коллекторов позволяет сформулировать основные выводы:

1.Модепь ТИС.

1.1 Возду«во-сухие СПП карбонатных коллекторов.

Трансверсально-изотропные микротрещиноватые среды характеризуются двумя независимыми коэффищ ентами избыточной податливости: нормальным En и тангенциальным Ет.Анализ в рамках модели второ! порядка приводит к обнаружению экстремума на кривой En, связанного с эффектом crack-crack intei actions.? то же время, величина коэффициента Ет практически не изменяется по сравнению с опред| пенной в рамках модепи первого порядка.

1.2 Бодонасыщенкые СПП карбонатных коллекторов.

Водонасщение СПП моделей карбонатных коллекторов существенно влияет на поведение коэффициен Ем и практически не изменяет вид кривых коэффициента Ет, по сравнению с воздушо-сухими СПП.Hi реход от моделей первого к моделям второго порядка не влияет на поведение анализируемых величи: Характерной особенностью водонасыщенных СПП является равенство нупю коэффициента Ем для все диапазона аслехшх отиокеми* Фильтрующих михротрежин.

2.Модели ортотролнои микротрещиноватой среды.

Характерная особенность ортотропных микротрещиноватых коллекторов-наличие трех независимых коэффициентов избыточной податливости¡нормального и двух тангенциальных.Нормальный коэффициент избыточной податливости для всего диапазона Фипьтруищих микротрещин существенно превыиает оба трансверсальных для воздувно-сухой СПП.Водонасыщение СПП сглаживает различие »«жду величинами коэффициентов избыточно! податливости, превращая "типично" ортотропну» среду (с тремя значимо отличнь«* друг от друга коэффициентами избыточном податливости) в "типично" трансверсально-изотролну» с двумя независимая* коэффициентами; причем трансверсальный коэффициент для всего диапазона Фхльтруищих мчкротрещии в этом случае становится больше нормального.

При переходе от анизотропной михропрещишатои к изотропно* среде, который достигается при ;трвж>еник логарифма аспшиого отношения к нули, избыточная податливость анизотропной среды аолжна стремиться к нупи.Из результатов З.йхша 11988) следует, что коэффициенты избыточной юдатпивост* в этом случае принимает отличные от нуля значения.

"пава 5,Коэффициенты Пуассона анизотропных осадочных горных пход и их литологическое значение. Как отмечено в теории упругости изотропных сред, постулат устойчивости упругого материала, впекающий из требования попожительнкти плотности энергии упругой деформации, накладывает ограни-ения на величины упругих постоянных и, в том числе, на величину коэффициента Пуассона(КП).Инте-вап существования И изотропной среды имеет вид:

-1 "(V < 0.5 110)

длина его равна 1.5,

В.!иисИ,К.НиЬег (19Ы);Шкез (ШДОЛ.ВаНмгз^.МЬепЬигд (1988) приводят примеры реа-ышх изотропных сред с отрицательными КП.

Анизотропные геологические среды в отличие от изотропных характеризуется несколькими КП.Для 1исания ортотропных моделей кадочных пород нами используется три независимых ¥12,113,Ьз, !дексы коэффициентов Пуассона анизотропной среды , согласно системе Фойпа-Лехницкого, обо-

значают: лервым-направпение продольной деформации, второй-налравление поперечной деформации.Для описания упругих свойств ТИС необходимо и достаточно двух независимых КП, хоторые рассмотрены Ф.М.Ляховицким (1989).

Проблема определения интервалов существования упругих постоянных анизотропных сред была поставлена П.В.Бехтеревым (1925-1934!.В механике композиционных материалов (С,С.Абрамчук,В,П.Еупда-ков,1979) актуальной является проблема определения интервалов существования, имеющих наименьиу» длину среди тех, которые можно построить для данной упругой постоянной.Тахие интервалы логично иззвать "наитеснейиими" (К,Ф,Черных,1988).На та цель-лостроенхе самых вирохих из всех возможных интервалов существования, для изучения всего диапазона изменения КП ортотропных и более симметричных геологических сред Интервалы существования КП ортотропной среды выражается через модули Инга следующим образом;

vb<Tí .

Очевидно, что КП анизотропных сред могут принимать отрицательные значения.На основании определения интервалов существования КП t12, tu, осадочных пород показано, что величины КП анизотропных горных пород могут быть как больше 1, так к менык -1.

Отметим особенности поведения анизотропных КП, которые не имеет аналогов для изотропных сред:

1.Зависимость КП изученных пород от насыщения СПП имеет сложный характер.Систематически увеличиваются с насыщением значения коэфициента »i2 {как карбонатных, так и терригенных пород). Значения коэффициентов ii3( »23 изменяются с насыщением незакономерно, что особенно характерно для карбонатных пород.

2.Карбонатые породы в целом можно рассматривать в качестве ортролных сред, так как они и в сухом и в водонасыщеннак состояниях имеет три различных КП.Число независимых КП терригенных пород при водонасыщении СПЯ умениается с трех до двух.

3.Уменьиение при насыщении САП длин интервалов существования КП терригенных пород и приближение их к длине интервала (10) для изотропной среды свидетельствует об уменьшении их степени упругой анизотропии.Увепичение этих длин с насыщением СИП карбонатных пород свидетельствует о воз-

растании степени упругой анизотропии.

Возможная литологическая интерпретация изменения как интервалов существования, так и величин КО с насыщением может быть основана на принципа* теории дифференциальной смачиваемости осадочных горных пород (Б.И,Тульб0вич,1975;И.Б./Ыег50п, 1986).Комплексное сопоставление смачиваемости тер-ригенных и карбонатных пород (Я.Е.Трайбер,1972) показало, что первые имеют в целом более высокие показатели смачиваемости (то есть более гидрофильны) по сравнен«» со вторыми.

Взаимодействие минерального скелета горной породы с насыщающим пустотное пространство Флкидом должно находить свое отражение в изменении ее упругих характеристик, в частности КО анизотропной горной породы.Сравнитепьно больвая гидрофобность карбонатных пород по сравнению с терригенными проявляется в увеличении длин интервалов существования этих коэффициентов.® этой связи симметризации относительно упругих свойств СПЯ песчаников с насыщением можно рассматривать, как следствие их больвей по сравнению с карбонатами гидрофильности.

Таким образом, получены данные о возможном влиянии характера взаимодействия Флюида и скелета на упругую анизотропию пород-коллекторов.

В заключении диссертационной работы сформулированы основные результаты работа.

1.Показано, что при изучении упругих характеристик микротрещиноватых карбонатных коллекторов вместо "классическая" модель геофизики анизотропных сред-траксьерсально-изотропной среды следует использовать ортотропнув модель.

2.Проанализированы упругие параметры ортотропной модели анизотропной геологической среды.

3.Параметры анизотропии скоростей упругих волн (квазипродольной и двух квазипоперечных), используемые при изучении ТИС, обобщены для ортотропной среды.

4.Установлена связь между коэффициентами и параметрами упругой анизотропии (параметрами Томсе-на) для ортотропной среды.

5.Показан характер связи параметров, характеризующих упругую анизотропию и микротрещиноватость для моделей карбонатных коллекторов,

¿.Введены коэффициенты избыточной податливости ортотропной среды и показана их связь с параме-

трами микротрещиноватости.

7.Предложено при литологической интерпретации коэффициентов Пуассона анизотропных сред рассматривать не только их величины, но и длины интервалов существования этих коэффициентов.

б.Предлохена трактовка явления изменения длин интервалов существования коэффициентов Пуассона анизотропных сред, основанная на принципах теории дифференциальной смачиваемости осадочных горных пород.

Основные положения диссертации опубликованы в работах;

l.Sirotenko D.,Lyakhovitsky F.Observation of S-wave aziauthal anisotropy of liaestone's saaples.1992.5th Int.Workshop on seisaic anisotropy.Calgary, Canada.Abstracts.

2.Lyakhovitsky F.K.,Sirotenko.D.O.Lithology interpretation of Poisson's ratios of anisotropic sediientary rKks.1993.55th EAE5 fleeting.Stavaivger, Norway .Abstract P129.

3.Сиротенко Д.0.,Ляховицкий Ф.М.Параметры упругой анизотропии ортотропшх геологических сред. Сдана в журнал "Известия РАН.Физика Земли".