Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Методы акустической стимуляции электрофизических процессов при исследовании флюидонасыщенных горных пород

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

Автореферат диссертации по теме "Методы акустической стимуляции электрофизических процессов при исследовании флюидонасыщенных горных пород"

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ЙВАНО-ФРАНКОВСКИЙ ИШТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

На правах рукописи

СОБОТКА ЮРИЙ ГЕНРИХОВИЧ

МЕТОДЫ АКУСТИЧЕСКОЙ СТИМУЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ШВДОНАСЫЩЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Специальность 04.00.12

- геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой, степени кандидата геолого-шнералогаческих наук

Ивано-Франковск - 1992

Работа выполнена в Институте геологии и -геагаси: гщаютх ископаемых АН У1фаины.

Научные руководители: доктор геолого-^анералогетесЕих наук,

профессор Г.Н.ПетЕавзч

кандидат геоиюго-тщнералошчЕсгхх наук С.А.Двзун

Официальные оппоненты: доктор ^Езико-чатенатическах каув»

профессор Э.И.ПархсыанЕэ СИкотатрг с^азхкя Земли, г.Иосква)

доктор геаюго-ьинералогЕчзсшпс наук Р.С.Сейфуля^н (УшйШК!, г.1ьзсе)

Ведущая организация: ПО "Укргеос^дзлка"

Защита состоится и» оъ 1592 г» в /^^тадгп

на заседании специализированного совета К 058.42.01 щга Пваз>-Сра2-ковском институте ности и газа по адресу: 284018, г.йзаЕ0-£$ашшвсЕ ул. Карпатская, 15, ИФИНГ ).

Отзывы на автореферат в 2экз., зазереннке печахш учреддевиш, просим отсылать ученому секретарю спецваиззфазанкого совета по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в бг&когекг ИЕШГ.

а/ лб

Автореферат разослан " I/ ^У 1392 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат геолого-минералогических наук

Г.А.Падва

«-ТДОЛ {

ссергацн^! 0Ы1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.В развитии современной геофизики, базирующейся на новейших достикениях точных наук, все глубже проявляются тенденции связанные с нетрадиционными методами. Ватлуэ роль при этом играет определение шлиекса физических явлений и описывающих их параметров с целью использования при разведке, с расширением на этой основе геологической информативности геофизических методов з плане перехода от решения структурных задач к залязгал непосредственного выявления полезных ископаемых. Особенно широкое применение в разведочной нефтяной геофизике нашщ электрические и сейсмические исследования, позволяющие репать ряд практических задач. Однако, традиционно применяемые методики исследований ухе не полностью удовлетворяют требования!.:, предъявляемый к надежности диагностики продуктив1шх толщ, так как к.; присущ ряд недостатков, затрудняющих однозначное решение поставленных задач, в частности, прелое определение типа порового флпзда.

Повылекие надежности и точности диагностики осадочках пород связывается нами с развитием методов, основанных на ■изучении возникающих в исследуемой среде физических полей и сопровождающих их эффектов. Физической основой разработанных методик является создание неравновесного зарядового состояния в среде при воздействии на нее полей различной физической природы /например, упругого и электрического/. Возможность исследования явлений, возникающих в насыщенной пористой среде в условиях взаимодействия полей,прпдает предложенным- экспериментальным методикам несомненную актуальность и позволяет предлокить элементы новых геофизических методов разведки полезных ископаемых. I

Пель работы,, состоит в определении комплекса диагностических параметров выделяемых на основании изучения основных закономерностей акустически-стимулированных электрофизических процессов протекающих во флвидонасыщенных пористых средах /осадочные горные породы/.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разрабатывались теоретические основы применимости метода взаимодействия полей для определения петрофизическях характеристик пород-коллекторов, а такяе методико-техническое обеспечение экспериментальных исследований;

- исследовалось влияние акустической энергии на электрофизические характеристики /проводимость/ нефтей и солевых'растворов, а также

насыщенных ими осадочных пород;

- изучалось влияние акустического поля на поляризационные процессы в осадочных породах содержащих различные флюиды /ЭП, ВП/, определялась связь установленных зависимостей с параметрами исследуемой среды;

- исследовалась чувствительность параметров сигналов вторичного электромагнитного излучения /ЭШ/, генерируемого насыщенными средами в акустическом поле к их петрофизическим характеристикам и типу насыщакцего флюида;

- разрабатывались физические модели наблюдаемых явлений, при этом определялся комплекс параметров, повышающий надежность диагностики петрофизыческих характеристик осадочных пород.

Фактический материал к методы исследований. В основу диссертационной работы положены материалы проведенного автором экспериментального исследования около 400 кернов продуктивных коллекторов Предкарпатского нефтегазоносного бассейна, 1фоме этого эксперименты проводились на насыпных и специально созданных слоистых моделях насыщенных пористых сред. Отдельные методика! опробовались и в натурном варианте. При исследовании образцов использовано их петрографическое описание, химический анализ и гранулометрию, что обеспечило необходимую привязку при изучении связи определяемых физических параметров с индивидуальны?® особенностями исследуемого материала. Методика экспериментов разрабатывалась в соответствии с поставленными задачами, а установки для ее реализации потребовал! создания ряда нестандартных измерительных блоков. Использовались таете вероятностно-статистические методы обработка результатов.

Научная новизна работы. Показано, что при облучении нефтей ультразвуком, их проводимость увеличивается от одного до трех порядков, в зависимости от исходного сопротивления пробы, при почти полном отсутствии влияния упругой энергии на этот параметр для различных солевых растворов. Аналогичные эксперименты, проведенные на образцах керна и моделях слоистой среды, показали, что в случае нефгенасыщения вибрация также существенно увеличивает их проводимость.

Впервые установлено, что для водонасыщенных пород при воздействии упругой энергии сигналы собственной поляризации увеличиваются в несколько раз по сравнению с их исходными значениями, для неф-тесодержащих пород такое изменение не обнаружено. Показано влияние

на этот параметр литолого-структурных характеристик породы.

Доказано, что акустическая энергия изменяет характер релаксационных процессов ВП углеводородосодержащих осадочных пород а, практически, не вносит изменения в кинетику релаксационных сивна-лов ВП для случая водонасвдения.

Впервые установлено, что параметры вторичного ЭМИ, генерируемого насыщенными осадочными породами в акустическом поле, характеризуются повышенной чулствительностью к типу насыщающего флюида.

Практическая ценность работы. Определен комплекс физических параметров установленных с использованием разработанных методик и техник реализаций экспериментов, позволяющий повысить надежность диагностики петрофизических характеристик продуктивных колекторов. Полученные результаты положены в основу комплекса полевых л сква-кинных'исследований в различных регионах страны,результаты которых позволяют сделать однозначное заключение о ряде преимуществ предлагаемых методик по" сравнению с известш>1ли. Результаты лабораторных исследований проведенных автором,вопли в несколько отчетов по бюджетным и хоздоговорным тематикам отдела проблем нчфтяной геофизики ИПТИ АН Украины, кроме этого, они положены в основу ряда заявок на предполагаемые изобретения»

Апробация работы и публикации.Материалы диссертационной работы докладывались на 5-ой и 6-ой конференциях молодых ученых ИПТИ АН Украины /Львов, 1988, 1990/, на семинаре молодых ученых ИПТИ АН Украины /Львов, 1989/, на 2-ом республиканском семинаре ИГН АН Украины /Киев, 1989/, 16-ой республиканской конференции молодых ученых УкрНЖТИ. /Львов, 1989/,на Всесоюзном семинаре "Нетрадиционные методы геофизических исследований в земной коре" /.'Досква, 1989/.

По теме диссертационной работы опубликовано II печатных работ в том числе 4 самостоятельных.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы /146 наименований/, изложена на 184 стр. машинописного текста, содераит 45 рис., таблиц 5.

Диссертационная работа выполнена под руководством доктора геол.-мин. наук, профессора Петкевяча Г.И. и кандидата геол.-глин, наук Лизуна С.А., которым автор выранает глубокую благодарность за всемерную помощь оказываемую при выполнении работ. В процессе

проведения исследований автор пользовался всесторонней поддержкой, консультациями и ценными советами сотрудников отдела за что выражает им свою ис1феннюю благодарность.

МОДЕЛЬНЫЕ ПРОСТАВЛЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРСШЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

В ДВУХФАЗНЫХ СРЕДАХ, КАК ОСНОВА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

РАЗВ5ЩКИ

Электрические методы разведочной геофизики, благодаря чувствительности измеряемых параметров к особенностям вещественного состава и строения породы, экспресскости их методик являются широко распространенными при геофизических изысканиях на горючие полезные ископаемые. В данной глазе наш сделана попытка оценить возможности и недостатки некоторых электрических методов разведки /КС, ПС, ВП/ исходя из анализа их физических основ.

Результаты работ по исследованию электрокинетлческих явлений представлены во множестве статей и монографий, как отечественных так и зарубежных авторов. Зги явления ответственны за формирование ряда электрических процессов в многофазных средах,как при наложении внешнего возбуждающего поля,так и без него, поэтому вполне естественно, что акцент большинства работ посвященных электрическим свойствам горных пород перенесен именно на' изучение электрокинетики. Среда последних работ по этому водросу отметим создание диффузно-электрической теории электрокинетических явлений Б.В.Дерягина и С.С.Духина. Фундаментальную роль в теории электрокинетики играет ^ - потенциал. Он рассматривается исследователями как характерный параметр породы, величина которого определяется из измерений ЭДС фильтрации и других электрокинетических эффектов и характеризует подвижную и неподвижную части ДЭС. Рассмотрены зависимости определяющие величину от объемной плотности заряда, толщины подвижного слоя, размера пор и концентрации раствора. Проанализированы особенности процессов фильтрации, потенциала протекания и некоторых других электрокинетических явлений во внешнем акустическом поле, отмечено, что при этом изменяется кинетика этих процессов, в частности, наблюдается увеличение скорости фильтрации, изменяется при этом и характер связи флюида с поверхностью. Комбинированное воздействие электрических и акустических полей позволило рас1фыть еще одно .электрокинетическое явление, т.н. сейсмоэлектрический эффект, обнаруженный А.С.Ивановым и изложенный в классической работе Френ-

келя Я.И. Этот эффект используется для развития сейсмоэлектричес-ких методов "просвечивания" земных недр, однако, его физическая природа изучена еще недостаточно. Возникновение деформаций в насыщенных средах сопровождается рядом вторичных эффектов, в том числе и эмиссией электромагнитного излучения. Предполагается, что этот эффект обусловлен коллективным возбуждением множества локальных ыеханоэлектрических преобразователей вызванных достижением порогового уровня упругих напряжений в зоне действия источников акустических возмущений /Перельман М.Е. и др., 1979/. В свою очередь, в гетерофазных системах, какими являются осадочные горные породы, имеются системы с разделенными зарядами /ДЭС/, колебания которых '.гагут генерировать ЭМИ, а также зоны контактной разности потенциалов между границами твердых тел. Физическая природа возникновения вторичного ЭМИ в осадочных породах связана с активацией диффузионно-адсорбционных процессов и нарушением равновесного энергетического состояния системы жидкость-твердое тело при акустическом воздействии. Возникающее при этом вынужденное движение носителей зарядов, связанное с жидкой фазой, сопровождается одновременной ге-яерацией ЭШ. Исходя из возможных преобразований, происходящих в ЦЭС, при распространении в породе упругой энергии, подробно рассматриваются теоретические представления о механизме возникновения вторичного ЭШ. Проанализирован также, возможный круг вопросов решаемый при его изучении» По нашему млению, очевидна возможность [щагностики петрофизических свойств флюидонасыщенных осадочных пород путем изучения характеристик параметров генерируемых сигналов, гак как характер излучения /амплитуда, морфология, частотны! спектр з др./ в большой мере должны зависеть от свойств твердой и жидкой &аз изучаемых объектов.

Кратко рассмотрены электрические свойства отдельных фаз составляющих породу /проводимость/, показано, что электрофизические сарактеристики неоднородных веществ обуславливаются, в основном, штегральными свойствами данного вещества и контактными явлениями 1а границе жидкость-т.т. Проанализированы причины затрудняющие штерпретацию диаграмм КС, показана необходимость дальнейшего со-зершенствования диагностических возможностей метода, перспективны?.! вправлением в этой- области может быть активация среды упругой энергии.

Кратко рассмотрен механизм явления вызванной поляризации /Ш/

осадочных горных пород, а также основные гипотезы объясняющие ее возникновение. Сделан вывод о том, что с целью дальнейшего совершенствования метода, с перспективой использования в нефтепромысловой геофизике, необходимо изучить спектральное разделение этого процесса, т.е. выяснить амплитудно-временные соотношения его составляющих, равно квк и попытаться селективно активизировать именно те процессы, проявления которых информативно в плане определения коллекторских свойств, а также типа насыщающего флюида осадочных пород. И в этом случае таким активатором гетерофазной среды может служить акустическое поле.

Специфика флюидонасыщенных сред состоит в том, что в них имеют место ряц микропроцессов /таких как капиллярные, поверхносто-молекулярные, диффузионно-адсорбционные, осмотические и др./, которые практически не принимаются во внимание исследователями при рассмотрении переноса энергии в многофазных средах. При этом, в основе большинства физико-химических процессов, лежат поверхностные явления на границах раздела фаз, поэтому с использованием методов механики и электродинамика сплошных сред возможно получить новую систему уравнений учитывающую влияние таких факторов, что приведет к появлению в уравнениях движения дополнительных сил, проявляющихся в динамических процессах, в частности, при распространении акустических волн.

ВЛИЯНИЕ УПРУГОЙ ЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТР(ШЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФЛЮИДОВ И ГЕТЕРОФАЗНЫХ ПОРИСТЫХ СРЕД

Приводятся результаты измерения проводимости различных флюидов и насыщенных пород коллекторов в акустическом поле. Рассмотрены теоретические предпосылки применимости метода для_ диагностики осадочных пород по типу флюидонасыщенности. Описана установка и методика для реализации этих исследований. Акустические колебания создавались ультразвуковым магнитострикционным даспергатором УЗДН-1 мощностью до 100 Вт/см2, работающим в диапазоне частот 15 _ 35 кГц.

Чтобы определить физику процессов происходящих в среде при воздействии упругих колебаний, исследовались в отдельности эффекты, возникающие при вибровоздействии на флюиды, а потом на двухфазную среду в целом. Исследования показали, что нефти, подвержен ные воздействию ультразвука, увеличивают свою электропроводность

на несколько порядков в зависимости от исходного сопротивления пробы /табл. I/.

Таблица I.

Изменение сопротивления отдельных образцов нефтей при ультразвуковом воздействии

№ п/п Месторождение, район Глубина отбора, (м) Удельное сопротивление, Ом-м

ДО обработки после обработки

I Средняя (ДДВ) 2500-3000 0,9-I0lä 0.6-I012

2 Кохановское 1000-1200 5,1-ГО12 0,9-Ю12

3 Самотлорское 3100-3300 1,1-1011 1,7- Ю9

(Зап.Сибирь) 1,2-ТО11

4 Добромыльское 5050-5210 0,9-I010

Стрельбичи,

скв.33 1,8-Ю11 2,1-1010

5 Радченковское 2800-3100

6 Ташкентское 2080-2086 1,6-га11 • 3,8-I09

скв.З 7,8-Ю11 0,8-1010

7 Сходницкое 4206-4345

скв.З

8 Игнатсвское 2292-2355 . 1,6-Ю11 1,8-Ю10

скв.26

Аналогичные эксперименты проведенные на растворах различных солей /N aCI, KCl и др./ показали, что ультразвуковые колебания не вызывают в электролитах процессов приводящих к заметному изменению их сопротивления. Параллельно с измерением проводимости исходных и облученых нефтей, нами проводились измерения электронного парамагнитного резонанса в них. Установлено, что в последних резко возростает количество ПМЦ по сравнения с исходными, т.е. пробами не подвергавшимися ультразвуковому воздействию. Этот факт позволяет проинтерпретировать физику процесса изменения проводимости жидких углеводородов.в акустическом поле. По нашему мнению, воздействие ультразвуковых колебаний приводит, прежде всего, к механо-деструкции, в процессе которой разрываются связи макромолекул, при этом возростает количество неспаренных электронов, что подтверждается увеличением КПЦ. Однако, параллельно протекает процесс синтеза, приводящий к сшиванию молекул и образованию тяжелых соединений^

Спустя некоторое время от начала акустического воздействия /обычно несколько секунд/ наступает динамическое равновесие этих двух процессов, вследствие чего, проводимость нефтей стабилизируется на определенной величине характерной для даного типа нефти. После прекра щения виброакустического воздействия процесс деструкции нивелируется, что приводит к возростанию сопротивления пробы практически к ис ходному значению. Предварительно проведенные теоретические расчеты показывают, что вибрация приводит к изменению осредненной составляющей коэффициента электропроводности нефтей:

где Т - функция Бесселя; Л - коэффициент электропроводности;

К - пост,-Еольцмана; Т - температура; гд - частота, что полностью подтверждает экспериментальные результаты.

Далее исследовалась проводимость насыщенных кернов осадочных пород, насыпных моделей, а также слоистой пористой среды, изготовленной в виде модели сквашшы по апробированной технологии, позволяющей контролировать литолого-структурные параметры ее отдельных составных частей. Для этой цела применяли камеру высокого давления с устройством осевого подогрева образца; Пресс-формой служили два толстостенных стальных цилиндра диаметром 8 и 30 см, со съемным дном. В качестве исходного материала использовался предварительно очищенный песок разделенный по фракциям, а также различные глины и цемент /пульвербакелит и др./. Варьируя количество этих компонент, фракционный состав песка, а также технологические условия изготовления, формировали образцы с задаными литолого-структурными параметрами. Готовые элементы моделей, предварительно насыщенный выбранным флюидом, укладывались в блок и слеплялись между собой цементирующей смесью. Готовая модель состояла из 12-15 элементов, такая ее конструкция позволяла изменять насыщенность отдельных составных частей и располагать их в произвольной последовательности.

Методика эксперимента заключалась в следующем. Осуществляли электрокаротаж модели с одновременной автоматической записью распределения величин сопротивления вдоль ее ствола. Затем включали ультразвук и операцию повторяли уже в условиях воздействия упругой энергии.

Проведенные эксперименты показали, что ультразвуковое воздействие существенно увеличивает проводимость нефтенасыщенных пористых

сред, что особенно наглядно проявляется в случае измерения на модели слоистой среди, так как при этом получаются две кривые, сопоставление которых позволяет с повышенной точностью судить о типе флюида насыщающего отдельные пропластка, кроме этого появляется возможность разграничения литолсгическдх разностей и выделения переходных зон меяду участками содержащими различные флюиды.

Проведенные исследования показала принципиальную возможность повышения геологической информативности метода "КС" путем активации исследуемой-среды упругой энергией, что создаст предаасыдгш для дальнейшего опробования предложенной методики в натурных условиях.

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА ЕЕЛИЯШУ ИЭЕНЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ ГЕТЕРСйЛЗНЫХ ПОРЛСТЬЖ СРЕД

При распространении ультразвука з насыщенных пористых средах активизируются процессы, явллндлося часть» электрокднетячосклх, формирующих электрические поля. Представляется, что в этом случае возможно фактически селективно и целенаправленно выделять аз всей гаммы процессов только те, которые являются информативными в плане решаемых задач.

Для изучения механизма воздействия' упругой энергии на потенциалы ПС, предварительно рассматривалось воздействие ультразвука на кинетику формирования сорбциснных и электрокинетических потенциалов.

Сорбщонкый потенциал. Исследования проводились на срезах кернов продуктивных пород с помощью установки, основной измерительной частью которой служи потонциалостат П-5848. Акустические колебания создавались ультразвуковым днспергаторсм УЗДН-1 с г.аг-■штострикционныг.щ датчиками различной частоты.

Проведенные эксперименты прежде всего показали, что в процессе сорбции происходит накопление заряда в объеме образца, который ложно измерить по предложенной методике. Установление, что вели-шна заряда и кинетика процесса его формирования существенно зависит от вещественного состава сорбента, отличаясь по этим параметрам для образцов различной литологии. Сорбционные кривые, получен-ше в условиях акустического воздействия, существенно отличаются ю своей морфологии и амплитуде от исходных кривых. В случае при-¡утствия в образце значительного количества пелитовых компонент

ультразвук, как правило, стимулирует двухкратное изменение знака заряда и формирует его большую конечную величину. Увеличение заряда при ультразвуковом воздействии в процессе сорбции, очевидно, связано с двумя факторами: во-первых, более глубоким проникновением электролита в поры и тем самым увеличением площади сорбции и, во-вторых, переупаковкой ионов ЛЭС и увеличением плотности его связакой части. Используя в качестве сорбата различные нефти, отмечено резкое падение величины сорбционного потенциала с одновременным изменением хода кинетических кривых его формирования. Однако, при наложении акустического поля амплитуда исследуемого сигнала несколько возростала. Таким образом, очевидно, что ультразвуковое воздействие изменяет характер процессов сорбции, что в определенной степени должно сказываться при формировании потенциалов ПС горных пород в акустическом коле.

Электрокинетический потенциал. Представим себе капилляр содержащий раствор электролита и приложим к его концам некоторую раз ность давлений. В капилляре возникнет потек жидкости, распределение скоростей ее течения по сечению вдоль капилляра, при определенных условиях, по установлению стационарного состояния, будет иметь вид параболы, поэтому при этом происходит смещение ионов диффузного слоя и выкос избыточных ионов одного знака по направлению потока жидкости. Движение заряда вдоль стенки представляет собой поверхностный ток. Если акустическое давление будет иметь переменный характер, то такой же характер будет иметь и возникающий в капилляре ток, очавидао, что при этом будет изменяться и величина электрокинетического потенциала такой системы. Для проверки этого предположения была создана установка позволяющая измерять величину потенциала протекания при воздействии ультразвука на капиллярную систему содержащую различные флюиды, по которой расчитывалось изменение ^ - потенциала. Рассматриваются некоторые теоретические аспекты наблюдаемого явления. Установлено, что величина - потенциала увеличивается в несколько раз, в зависимости от параметров акустического поля, кроме этого вибровоздействие формирует различный прирост его величины для разных капиллярных диаметров и типа насыщающей жидкости. Проанализировав полученные результаты подчеркнем два момента: во-первых, ультразвуковое воздействие приводит к смещению жидкости относительно стенок капилляра, создавая постоянную составляющую электрического по

ля, а ее колебания в уже сформированном столбике жидкости, очевидно, создает переменную разность потенциалов и, во-вторых, изменение величины ^ - потенциала при воздействии ультразвука имеет ярко выраженный резонансный характер при определенных частотах акустического поля. Переход к резонансным условиям возбуждения среды открывает возможность для решения ряда петрофязическнх задач.

Собственные потенциалы насыщенных осадочных пород исследовались, как на коллекции образцов кернов, таре л на слоистых моделях пористой среды. Установлено, что при воздействии на водснасищен-ный образец упругой энергией частотой 15-35 кГц собственный потенциал системы образец-электролит увеличивается в несколько раз по сразнениа с исходным. После прекращения акустического воздействия кривые ПС релаксируют к начальным значениям на протяжении нескольких секунд в зависимости от литолсгическлх характеристик твердой фазы, концентрации и количества поровои влаги. При насыщении образцов зодо-кефтянол эмульсией наблюдалось резкое уменьшение прироста потенциала И- пс.в результате измерения распределения величины собстБенной поляризации вдоль разреза слоистой модели по методике "каротаж-зоздействпе при карота-ке", установлено, что ультразвуковое воздействие приводит к большей дифференциации сигналов для участков различного структурного и вещественного состава. При насыщении отдельных пропластков модели различными флюидами, максимальное значение ¿1С пс получено, как и в случае измерения на отдельных образцах, для водосодержащлх участков.

Полученные результаты показывает принципиальную возможность повышения надежности метода ПС для целей нефтяной геофизики при определении петрофизичесиах характеристик пород и типа насыщающего флюида.

Реализация одного из вариантов натурных исследований влияния вибровоздействия на характер естественных потенциалов осуществлялась путем регистрации щшвых ПС в скваздкахдо и при вибрации. При этом решались вопросы как методического характера, так и оценка степени изменчивости сигналов ПС в акустическом поле.

Рассмотрим результаты опробования метода полученные на одной из екзажин в пределах Угерского месторождения, где продуктивными являются отложения неогенового комплекса /верхняя часть нижнеда-шавской подсвиты/ и верхнего мела. Кривая ПС в исследуемом интер-

вале обычно характеризируется общей малодифференцированной отрицательной аномалией. Приводится описание используемой установки и методические приемы реализации эксперимента.

Полученные результаты показывает, что эффект изменения сигнала ПС при акустическом воздействии на стенки скважины, сводится к двум основным моментам: во-первых, изменяется величина сигнала 12 пс и, во-вторых, морфология самой каротажной 1фивой. Эти изменения устойчивы и многократно наблюдалась при исследовании скважин Предкарпатья и Закарпатья, а также в Ставропольском крае, В зависимости от особенностей разреза увеличение сигнала составляло от 5-ти до 20-ти раз от исходного. Детальный анализ кривых полученных при акустическом воздействии показывает, что появление дополнительных амплитудных колебаний на них,' связано с особенностями строения исследуемого разрэза. Таким образом, увеличение сигнала И пс при акустической обработке стенок скважины, сопровождается повышением чувствительности этого параметра к струк-турно-лктологическим особенностям исследуемой среды. Так, например, сопоставив кривую 2 с разрезом видим, что дополнительные пики на ней приурочены к пластам песчаников с хорошими фильтрацдошю-емкостныш

• характеристиками /Рис. I/. В процессе измерений бы-

• ло установлено, что кривые*^ по. полученные уже после акустического воздействия, также отличаются по своей морфологии от исходных, причем временные характеристики кривой спада И пс стимулированной вибрацией ,» тесно связаны с литологи-ческими особенностями исследуемых пластов. Для песчаников полученные 1фивые характеризи-руются большей крутизной спада и, соответственно, меньшим временем релаксации, чем для про-

Рис. I. Кривые ПС до /I/ и при /2/ акустическом воз-• действии / Скв. ГХ-1/.

пластков со значительным содержанием пелитовых компонент.

Исходя из вышеизложенного отметим следующее. Метод ПС в сква-жинном варианте целесообразно осуществлять в три этапа: сначала проводят непрерывный каротаж скважины в традиционном варианте метода ПС /или градиента ПС/, затем каротаж при одновременном акустическом воздействия на стенки скважины, после чего осуществляется поточечна? детализация, методом измерения релаксационных характеристик вибростимулированных поляризационных потенциалов, б интервалах разреза против которых отмечены аномальные эфйекты.

Подобные измерения естественного поля с применением вибрации проводились также и в наземном варианте исследований. Для этой цели использовалась группа из шести вибраторов работающих в синхронном режиме. Полученные результаты показывают, что активация исследуемой площади упругими колебаниями позволяет повысить надежность определения местонахождения скопления углеводородов. В частности, с применением методики проб,ильного измерения естественного поля до и при вибрации, а также после нее, были уточнены-контуры нефтяной залеии на Кохановском месторождении.

Таким образом, использование предложенных методик позволяет повысить надежность метода ПС при геофизических исследованиях на жидкие углеводороды.

ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ВЫЗВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В НАСЫЩЕННЫХ ПОРИСТЫХ СРВДАХ

Возбуждение насыщенной среды импульсами тока позволяет регистрировать параметр поляризуемости, интегральный по своей природе, зависящий от многих факторов. Поэтому при возбуждении среды одним только электрически.! полем отделить компоненту, обусловленную наличием в породе углеводородов от друтих компонент - очень сложно. Представляется, что для стимуляции ее проявления, необходимо дополнительное наложение поля иной физической природы, например, акустического. Реакция каждой из компонент системы определяется при этом не только ее электрическими свойствами, вследствие чего спектр поляризационного сигнала будет отличаться от сигналов полученных только при электрическом возбуждении среды. Естественно, что в силу своей гетерогенности, реакция горной порода на акустическое воздействие, представляет собой интегральный эффект средневзвешенных, в за-

висимости от долевого участия элементарных откликов каздой, относительно однородной по структуре и вещественному составу, а следовательно и по физическим свойствам компоненты,и для оценки ее в целом необходимо знать вклад каждой компоненты.

Акустически вызванная поляризация /АВП/. Исходя из представлений об ориентационных процессах в жидкостях, связанных с их деформациями при течении, рассматривается физическая природа явления возбуждения неравновесного электрического состояния насыщенной среды при воздействии на нее импульсом только упругих колебаний. Эксперименты по изучению этого явления проводились, нами в продолжение работ О.Л.Кузнецова и сотрудников /1975/, а далее, перейдя к образцам керна, мы развили их именно в области анализа связи релаксации потенциалов с литолого структурными особенностями среды, условиями возбуждения и типом флюидонасыщенности. Показано влияние литолого-структурных параметров твердой фазы породы на характер становления и спада кривых АВП. Так, например, для крупнозернистых водонасьщен-ных песчаников наблюдается возростание релаксационного времени АВП по сравнению с мелко- и среднезернистыми песчаниками, а увеличение глиносодержания в породе приводит к обратному эффекту. Установлены зависимости сигналов АВП от интенсивности и частоты акустических импульсов; а также от влагосодзржания и концентрации поровой влаги. Отмечены также, принципиальные отличия в характере релаксационных кривых для идентичных образцов насыщенных различными флюидами. Системы содержащие нефть характеризируются незначительной амплитудой поляризационных сигналов и малым временем его спада. Подчеркнем,, однако, что сигналы АВП четко наблюдаются и в случае содержания в образцах значительного количества нефти /более 50 %/, что показывает принципиальную возможность использования метода АВП для целей нефтяной геофизики.

Вызванная поляризация в условиях акустического возбуждения среды /ВПа/. Далее мы изучали влияние акустического поля на характер сигналов вызванной поляризации выполненной в традиционном варианте. Эксперименты проводились на отдельных образцах керна продуктивных коллекторов, а также на слоистой модели пористой среды. Пред ставлена методика экспериментов и блок-схемы аппаратурной части установки.

Сравнение сигналов спада ВП для случая водонасыщенных образцов при возбуждении переходного процесса поляризации только .электричес-

ким импульсом и сигналов, полученных при дополнительном наложении вибрации,ноказывает, что ультразвуковая обработка не вносит суще-' ственных изменений в поляризуемость таких сред, в некоторой степени влияя лишь на область больших времен релаксации сигналов БПа. Для нефтесодержащих объектов упругая энергия довольно ощутимо влияет на кинетику заряда поляризации, что проявляется в увеличении его амплитуды и зозростаншо релаксационного времени. При измерениях на слоистой модели проводилась регистрация вдоль ее "ствола" сигналов, включающих в себя несколько кривых измерения потенциалов И вп на различных фиксированных временах задержки после прекращения действия импульсов тока /20 же - 5 мс/, причем для каждого интерзала времени кривая ВП записывалась два раза, сначала в традиционном варианте классического ВП, затем при наложении акустического поля при разных мощностях ультразвука на частотах 15 кГц -35 кГц. Анализ полученных кривых показал определяющее влияние ультразвука на амплитудно-временные параметры сигналов поляризации полученных от нефтесодержащих прослоек, пра почти полном отсутствии его влияния на величину изменения релаксации для соленасыщен-ных участков. Определены оптимальные параметры возбуждающих взаимодействующих полей и их временные сочетания.

Таким образом, сочетая применение традиционной методики вызванной поляризации с предложенной, появляется возможность повысить информативность метода ВП при геофизических изысканиях на нефть. При этом исследования целесообразно проводить в два этапа: I - классическое изучение разреза методом ВП; 2 - повторное изучение этого жо разреза методом ВПа.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВТОРИЧНОГО ЭЛЗчТРОМАГЬЖНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ /'Ш/, ВОЗНИКАЮЩЕГО ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА НА НАСЫЩЕННУЮ ПОРИСТУЮ СРЕДУ

Возникновение деформации в насыщенных средах сопровождается рядом вторичных эффектов, в том числе и эмиссией электромагнитного излучения, изучение которого может быть информативным в плане исследования петрофизических характеристик насыщенных осадочных пород. Рассмотрены теоретические предпосылки возможности применимости предложенного метода дач решения поставленных задач. Эксперименты проводились на отдельных образцах кернов продуктивных коллекторов, насыпных и слоистых моделях пористых сред насыщенных раз-

личными флюидами. Приводятся блок-схема лабораторной установки собранной на основе разработанного усилителя-преобразователя, позволяющего проводить точные измерения параметров генерируемого ЭМИ, и расчетные данные, а также принципиальные электрические"схемы нестандартных аппаратурных блоков.

В результате проведенных экспериментов установлено влияние литолого-петрофизических характеристик твердой фазы системы на амплитудные параметры излучаемых сигналов. Сравнение характера генерируемых сигналов полученных от идентичных образцов, но насыщенных различными флюидами /солевой раствор, водо-нефтяная эмульсия/ показало, что в случае нефтенасыщения интенсивность сигналов ЭМИ в два и более раза ниже, чем для водонасьпценных пород. Изменяется и морфология полученных кривых, для нефтесодержащих пород они осложнены колебаниями более высокой частоты нежели возбуждающие. Установлена связь амплитудных характеристик вторичных излучений,для неф-тесодержащкх сред, с концентрацией парамагнитных центров насыщающей нефти. Получены также зависимости амплитуды ЭЖ от степени во-донасыщенности и минерализации поровой влаги.

При экспериментах на слоистых моделях пористых сред установлено, что применяемая методика позволяет выделить переходные зоны между различными по своей литологии слоями. Так,для фрагментов модели с повышенным глиносодержанием, наблюдается уменьшение интенсивности генерируемых сигналов по сравнению с выеокопористыми песчаными пропластками. Отметим, однако, что определяющим фактором влияющим на параметры излучаемых сигналов является тип порового флюида. С целью оптимизации акустического возбуждения насыщенной пористой среды обоснован резонансный подход к условиям йозбуздекия, исходя из представлений о порах как естественных резонаторах, обладающих свое?, характеристической частотой. На основании теоретических расчетов определен диапазон частот, при котором возможно резонансное поглощение упругой энергии в порах, показана принципиальная возможность расчятать значение резонансных частот для цилиндрических образцов различной литологии. Частотное зондирование моделей пористой насыщенной среды показало, что для определенных ультразвуковых диапазонов действительно возникает усиление амплитуды ЭЖ в породах, отличающихся средним радиусом пор. Таким образом, по резонансным частотам ЭШ можно оценить средний радиус пор, преобладающий в среде. Теоретические расчеты показали, что при насыщении пор солевым раствором, величина резонансного погло-

щения энергии, как минимум в два раза превышает ее значение для случая нефтенасыщенля, что полностью совпадает с полученными экспериментальными результатами.

Таким образом, очевидно, что применение предложенной методики позволяет повысить контрастность проявления флюида ври геофизических исследованиях на жидкие углеводороды, что предопределяет возможность ее дальнейшего использования в натурных условиях.

БИВ ОДЫ

Возможность повышения надежности диагностики петрофизических свойств коллекторов оснозана на взаимодействии акустических и электрических полей в исследуемой среде. Результаты лабораторных экспериментов и полевых опробований показали, что предложенные методики обладают рядом преимуществ перед известными и могут быть положены в основу петрофазики стимулированных явлений. Основные результаты диссертационной работы коротко сводятся к следующему.

1. Разработаны методико-технические осноеы экспериментального изучения петрофизических характеристик насыщенных осадочных пород метода",а взаимодействия акусто-электрических полей. Изложены теоретические основы предложенных методик подтверждающие возможность их применения для решения поставленных задач.

2. Электропроводность нефтей возростает в акустическом поле

на несколько порядков в зависимости от исходного сопротивления пробы и параметров ультразвукового излучения, для электролитов подобные изменения практически отсутствуют. Доказана определяющая роль свойств насыщающего флюида в изменении проводимости насыщенных осадочных пород в акустическом поле, на основании чего возможно их разделение ло типу насыщающего флюида. Теоретические расчеты подтверждают достоверность полученных экспериментальных-результатов.

3. Установлено влияние акустического поля на кинетику формирования и величину сорбционных и электрокинетичес,ких потенциалов осадочных пород, как факторов определяющих спонтанную поляризацию насыщенных пористых сред, причем отличия, обусловленные акустическим воздействием, неодинаковы для образцов различно.! литологии.

4. Потенидалы собственной поляризации водонасыщенных пород увеличиваются в акустическом поле в несколько раз от их исходных значений, в зависимости от петрофизических характеристик образцов, для случая нофтенасыщения подобные изменения практически не проявляются. Полученные результаты послужили основой для создания ком-

плекса методик исследований в натурных условиях.

5. Активация насыщенной горной породы упругими колебаниями повышает информативность метода вызванной поляризации для целей нефтяной геофизики, что подтверждается изменением кинетики релаксации поляризационных потенциалов при акустическом воздействии на породу, причем характер этого изменения разный для сред содержащих различные флюиды.

6. Характер изменения гторичного ЭглИ, генерируемого насыщенными породами в акустическом поле зависит от типа насыщающего флюида и петрофизических свойств твердой фазы.

7.На основании проведенных экспериментов определен комплекс физических параметров /основные из которых приведены в таблице 2/, позволяющий повысить надежность диагностики осадочных пород по типу порового флюида и отдельных их петрофизических свойств.

Таблица 2.

Методы акустической стимуляции электрофизических процессов и решаемые ими основные задачи

Метод Условия реализации измерений Определяемая зависимость Решаемые задачи метода

исследования Первично ■ измеряемый параметр Определяемый параметр

I 2 3 4 5

Акустостиму-

лированная

проводимость

Сорбционный потенциал

Спонтанная поляризация

Измерение электросопротивления до и при вибрации

Исходное и при- © вибрационное сопротивление (У/

Воздействие УЗ Амплитудно-ки-в процессе фор- нетические параметры форми-

шрования по тенциала

Воздействие УЗ на насыщенную породу

рующегося потенциала

Напряжение поляризации до и цри вибрации

а

д и

Связь с наличием УВ, литолого-структурные особенности среды

Литологичес-кая характеристика породы

Связь с наличием -УВ, петрофизи-ческие свойства породы

IS

I

2

Акустически вызванная поляризация

.Возбуждение породы упругими колебаниями

Электроакусти- Воздействие УЗ чески вызван- в процессе ре-ная поляриза- лаксации поля-ция /Ша/ ризационного заряда

Вторичное Э'йГ

Акустичес:сое

возбуждение

среди

Амплитудно-временные характеристики релаксация заряда

.Влияние УЗ на релаксационные характеристики поляризационного заряда

Амплитуда и морфология генерируемых сигналов

t

11(эни)

литология пород, связь с наличием УЗ

Тип слайда

Тип Глюида, определение размера пор

3 зоответстзии с результатами исследований в работе защищаются следующие основные пслсзения:

1. возрастание проводимости углеводородосодержащих осадочных пород в акустическом поле позволяет повысить контрастность их проявления при геофизических исследованиях на нефтеносность.

2. Параметры акустически сткмулярозанкых электрофизических процессов обладает повкиенкой чувствительностью к петрофизическим особенностям: насыщенных осадочных пород.

3. Характер изменения параметров вторичного электромагнитного излучения /ЭМИ/, генерируемого насыщенными породами в акустическом поле зависит от типа насыщающего флюида.

Список публикаций по теме диссертационной работы:

1. Изучение взаимосвязи вторичного электромагнитного излучения с величиной электрокинетического потенциала //Liат-лы 5-й конф. мел. уч. ШТИ АН УСОР. - Львов. - 1988. - 15-21 мая /ДГПТИ АН УССР. - Львов. - T.I. - С.23-33. - Деп. в ВИНИТИ 22.02.89. - Га 1200 Б69.

2. К вопросу влияния вибрационных воздействий на поляризационные явления во флюидосодержащих коллекторах //,1ат-лы сем. мол. уч. ИГПИ и ЛГУ "Минералого-геохдмаческие критерии поисков и моделирования месторождений полезных ископаемых. - Львов, 21-26 мая 1989. - Деп. в ВИНИТИ 20.08.89. - Ji 5669 389.

3. Акустически стимулированное электромагнитное излучение в двухфазных средах с разнил типом флюида /Докл. АН УССР. - 1989. -й 6. -С.20-23 /Соавторы Петкевич Г.И., Лизун С.А./.

4

4. Влияние электрического поля на акустические процессы во флю-идосодержащих образцах горных пород //Тез. докл. всесоюз. сем. 1317 декабря 1989г. : Нетрадиционные методы геофизических исследований неоднородностей в земной коре. - М. 1989. - С.76./Соавторы Лизун С.А. Барабаш Ю.И., Косьякенко/.

5. Влияние физико-химических характеристик образцов пород-коллекторов на величину потенциала адсорбции //Актуальные вопросы геологии Умаяны на современном этапе / Ин-т геол. наук АН УССР. - Киев, 1990. - С.5-10. - Деп. в ВИНИТИ 16.03.30. - й I474-B90.

6. К вопросу об изучении алектростимулированной акустической эмиссии в гетерофазных насыщенных средах //Тез. 16 конф. мол. уч. и спец. УкрНИГРИ, Львов, 18 мая 1990. - С.37-39. - Деп. в В;ШС,

JJ 869-МГ90 /Соавтор Барабаш Ю.И./.

7. Особенности вторичного электромагнитного излучения, генерируемого двухфазной средой при ультразвуковом воздействии //Геол. и гео-хим. горюч, ископ. - 1990. - Вып. 75. - С.84-88 /Соавторы Лизун С.А., Сизоненко B.C./.

8. Влияние зибровоздействия на процесс формирования сорбционногс потенциала для пород-коллекторов с различными физико-химическими характеристиками //Мат-лы 6-ой конф. мол. уч. АСТГИ АН УССР. - Львов. • 1990. //ИЕТТИ АН УССР. - T.I. - С.128-135. - Деп. в ВИНИТИ 03.07.91.-JS 2839-B9I.

9. Модельные исследования электрофизических процессов в насыщен ных пористых средах при воздействии ультразвука //Геол. и геохим. го рюч. ископ. - 199I. - Вып. 76. - С.82-87 /Соавторы Лизун С.А., Пет-кевич Г.И./.

10. Влияние акустических колебаний на поляризационные процессы в насыщенных горных породах //Геол. и геохим. горюч, ископ. - 1991. № 77. - С.91-97 /Соавторы Кондрат В.Ф., Лизун С.А./.

11. Методические основы пстрофизического моделирования эффектов взаимодействия полей разной физической природы //Тез.II всесоюз. совещ.-сем. 17-19 февраля 1992г. : Инженерно-физические проблемы новой техники. - М. 1992. - С. 65-66 /Соавтор Башкиров Т.Н./