Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрофизические свойства терригенных пород-коллекторов глубокопогруженных залежей нефти и газа Южно-Каспийской впадины

ВАК РФ 04.00.17, Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Петрофизические свойства терригенных пород-коллекторов глубокопогруженных залежей нефти и газа Южно-Каспийской впадины"

АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ ССР

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ГЛУБИННЫХ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ

На правах рукописи

КУЛИЕВ РАУФ ДЖАМИЛЬЕВИЧ

ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ ГЛУБОКОПОГРУЖЕННЫХ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА ЮЖНО-КАСПИЙСКОЙ

ВПАДИНЫ

Специальность 04.00.17 — Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Б а к у — 1990

Работа выполнена в Институте проблем глубинных нефтегазовых месторождений АН Азерб. ССР и ВНИПИВзрывгеофизика.

доктор геолого-минералогических наук, профессор Л. А. БУРЯКОВСКИИ,

кандидат геолого-минералогических наук 3- Б. СТЕФАНКЕВИЧ.

доктор геолого-минералогнческих наук Ю. М. КОНДРУШКИН, доктор геолого-минералогических наук М. Б. ХЕИРОВ.

Ведущая организация — Институт геологии имени акад. И. М. Губкина Академии наук Азербайджанской ССР.

на заседании специализированного совета Д 004.22.01 при Институте проблем глубинных нефтегазовых месторождений АН Азерб. ССР (ИПГНГМ АН Азерб. ССР) по адресу: 370143, г. Баку, проспект Нариманова, 33, ИПГНГМ АН Азерб. ССР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПГНГМ АН Азерб. ССР.

Автореферат разослан » .... 1990 г-

Ученый секретарь

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Защита диссертации состоится

специализированного совета, доктор технических наук

АББАСОВ

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА

Актуальность работы. В настоящее время доказана продуктивность пород-коллекторов, находящихся на глубинах свыше 4 км, прогнозируется сохранение их высоких коллектореких свойств па глубинах свыше 7-8 км.

В связи о атим, весьма актуальными являютоя »кспеоиментачь-нче исследования физических свойств пород-коллекторов при вые. -ких давлениях и температурах, соответствующих условиям их естественного залеганчя. Результаты этих исследоваяиГ способствуют повышению достоверности интерпретации данных геофизических наследований скважин, позволит научно обоснованно прогнозироьль скопления нефти и газа, оценивать филътрациотю-ешсостнто свойства пластов-коллекторов, более эффектив: о выбирать методы bcki«« тия пластов и извлечения углеводородов.

Большое значение дтя повышения информативности геофизических исследований гквахин имеют работы по физическому и цатеиати-ческому моделированию петрофизических параметров в условиях больших глубин, исцользование для этого современных методов планирования экспериментов и вероятностно-стат.отеческих методов обработки экспериментальных данных.

Особенно актуальны указанные исследования для разрезов лор> *

схих месторождений 'Ожно-Касплйскпй впадины, где залежи нефти и газа обнаружены и разрабатываются на глубинах до 650J м, а перспективы н ефт era э он о с г о с:и обоснованы геологами до глубин 9-IO км,

Цель работы. Повышение информационной эффективности геоло-го-гвофизического изучекия пород продуктивной толщи Юэдо-КаопиЙ-окой впадины на основе физического и математического моделирования петрофизическйс параметров глубокозалвгавдос пластов-коллекторов нефти и rada.

- 4 -

Основные исследования. Изучение литолого-сруктур-

шл характеристик образцов пород из глубоких скважин и экспериментальные следования в условиях, моделирующих шидтоше терго-^аричвокие факторы.

Изучение -заимосвязей меаду петрофичическими параметрами и литолого-структурными характеристиками пород, полусонно много-ыор: нх моделей взаимосвязей петрофиаических параметров с термо-барическима и литолого-отруктурными факторами. ,

Использование петрофизическшс связей для денки структурных характеристик пород н Сдрической обстановка глубокозалегавцях пластов-коллекторов. •

рзучняя НОВК1 ла. I. Изучены и типизирова.'ты литолого-струк-турные характеристики терриг^нных пород коллекторов гллбокопог-рукенных залежей Южяо-Касп:.йской впадины, получены статистические оценки размеров ..а ерен^и пор, взаимосвязей как меаду ними, так и с суил трационно-емкосивми свойствами пород-кочлекторов.

2. Установлены закономерности изменения параметров емкоет-нчх, электрических и акустических овойотв в зависимости от дав-хлния и тегпоратуры для различных ячтолого-структуршх типов л эрригеньлх пород-коллекторов продуктивной ™олщи Южно-Каспийской впадин«.

3- Методами планирования экспериментов впервые получены математические мох.эли электрических и акустических свойств пород о одновр^'нпым учетом влияния термобарических и емкостных факторов глуболоьал&гавдих плястов-коллектороч. Дредложены графиче-

с *

оюы модели &гп определения поправочных коэффициентов за совместное рдиянце давления и температуры на електричеокие и акуоти-чаские параметры гопных пород.

-1. Показано, что анизо.рошше характеристики пород изменяете« а ааьаопмоотл от элективного давления и дана количествен-

пая опнка степени изменения электрической и акустической ашсзо-тропиг.

3. Впервые предложен способ оценки грануло- и порометричг";-ких характерной..; пород по доыйм электрических и экзотических методов исследования скважин.

С. Показана возмоглость оценки-пластових довл-иий в 1гцрах по данным экспериментального определения акустич-оких свойств '' образцов пород и д нннх акустического каротажа.

Практическое значение работы. Предложенные графические модели поправочных коэффициентов за влияние давления и температура рекомендуются к использованию пои проведении экспериментам шх и промыслово-гео^изических исследований на морских месторождения^ Азербайджана, а их математические аналоги могут быть включены в программы автоматизированной обработки данных ГИС.

Способы оценки грануло- и порометрических характеристик пород повышают информационную эффективность прошслово-ге^физических исследований и снижает потребность г керновом материале при бурении глубоких скважин. Способ оценки пластового давления по данным акустического каротажа и экспериментальных исследований дает возможность более эффективно изучать барическую об^ановку глубокозалегающях нефтегазоносных пластов, где.прямые зам ери глу-.)шр»н;,и ьзанометра;га представляют большие трудности.

реализация работц. На морских месторождениях Азербайджана -Бекар, Са ггачалы-морэ-Дуваяннй-море-о.Булла, ш.8 Марта - впор-В1 з дана оценка грануло- и порометрических характеристик глубоко--зйлсгзпцих пород^по данный электрического и акустического ме,о-дов исследования сквахпп, .одтвержцаемая непоередс'венншн пзмо-ре1ттягЬ',:н8 фотоснимках сколов порол, полученных на рагтровом электронном мятоскопе. На местороздзнии им.8 Марта выполнеы оценка нластовбго давления в заложи УП горизонта по даннь-м акуо-

тического каротажа и экспериментального изугзиия образца породы, подтьзрждчекая данными газогидродинамическях расчетов. На месторождении Булла-море предсказана величина снижения пористости пород-коллекторов эч счот падения пластового давления в процессе ра-работки залгжи УП горизонта.

Результаты исследований физических свойств порсд-коллэкто-ро^ морских месторождений Каспийского моря в условиях, близких г пластовым, были использованы в 2-х хоздоговорных работах, внедренных в ПО "Каспморнефтегаз".

Апробация работы и публикации. Основное содержание и результаты диссертации была доложены на I Всесоюзном симпозиуме "Термодинамика в геологии" (Суздаль, 1985); на П Всесоюзной научной конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1989); на У научно-технический конференции молодых ученых и специалистов по Ероблемам освоения нефтегазовых местороздений (Баку, 1909); на УШ Всесоюзном совещании по физическим свойствам горных пород .гри высоких давлениях и температурах (Уфа, 1990); на У двустороннем (ГДР-СССР) симпозиуме по истории и методологии геологических знаний (Берлин, 1990); на научных семинарах Инстттута проблем глубинных нефтегазовых местороздений Академии наук Азербайджанской ССР ОЗику, 1989-1990).

По теме диссертации опубликовано 8 работ и получено авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и'приложения, изложенных на 22П стр. машинописи с 49 рисунками, 26 таблицами. Список использован :ой литературы включает 103 наименования.

Работа выполнялась в 1987-1990 гг. в Институте проблем глубинных нефтегазовых месторождений АН Азерб.ССР и ВНШМВзрыв-геофизика.

Диссертационная работа выполнена в соответствия с планоц научно-исследовательских работ ИПГНШ АН Азерб.ССР в области ес~ тественншс наук по программе фундаментальных исследований АЛ СССР на 1989-2000 гг. "Разработка месторождений полезных ископаемых" по приоритетному направлению "Развитие теоретических основ и создание методов изучения месторождений нефти и газа на различных этапах разведки и разработки".

Автор глубоко признателен научным руководителям - доктору геолого-минералогических наук, профессору Л.А.Буряковскому - за постояннее внимание и большую помощь на всех стадиях выполнения работы, кандидату геолого-минералогических наук З.Б.Стефанкеви-чу - за активную помои» и ценные советы в проведении эксперимента лыиг/ исследований. Автор искренне благодарен сотрудникам лаборатории физики прискваяинной зоны пласта ВШШВзривгеофизика за ценную практическую помощь. При выполнении работы автор пользовался помощью и консультациями д.г.-м.н. И.С.Дяафарова, д.г.-м.н. Р.Д.Джеваншира, д.г.-м.н. М.Б.Хеирова, к.г.-м.н. Р.Ю. Алиярова, к.г.-м.н. М.С.Зонн, к.г.-м.н. Н.В.Юшцко, к.г.-м.н. Л-А-Коцеруба. Всем им-автор выражает свою глубокую благодарность и признательность.

СОДЕРЕАШЕ РАБОТЫ «

В первой главе дается обзор работ па детрофизическим исследованиям пород-коллекторов нефти и газа в условиях больших глубин. В Нашей стране в изучение физических свойств горных пород при высоких давлениях и температурах в разные годы внесли большой вклад Г.М.Авчян, А-Л-АлеКсаей; К.Й.БагрийЦева, Б.В.Байдак, Е.И.Баюк, А.Т.Бондаренкб, М.П.Воларович, Р.С.Гимаев, И.Ф.Глумов, Т.П.Дахюш.гов, В.М.Добрынин, Л.М.Дорогшшцкая, Н.Б-Дортман, ..)!ор$гл8и, П.'Р.Индутнмй, м.К.Кялишсо, Б.Н.Куликов, Т.С.Лебедев,

Л.М.Марморштейн, А.А.Матвеенко, Я.Р.Морозович, Л.И.Орлов, H.H. Павлова, Э.И.Пархоменко, Г.И.Петкевич, Е.А.Поляков, З.Б.Стефан-кевич, Г.Д.Ушаков и другие специалисты. Большой вклад в теории деформации пористых и многофазных сред, оценку степени изменения физических свойств пород под действием давления и температуры внесли зарубежные ученые М.Био, П.Бридкмэн, Дж.Гиртсма, К.Грен-виль, И.Карпентер, Дж.Ладефру, Г.Спенсер, М.Уайли, И.Фетт и другие авторы. В Азербайджане этими вопросами успешно занимаются Р.Ю.Алшфов, Ш.А.Балакишиев, Л.А.Буряковский, А.Б.Гасанов, И.О. Джафаров, Р.Д.Джеваншир, А.А.Иманов, А.Л.Мамедов, Т.М.Салехли, И.Б.Сафаров, Д.Г.Суваров, А.А.Халафов и др.

Многочисленными экспериментальными и теоретическими работами установлены об~-ае закономерности изменения свойств различных типов пород с ростом давления и температуры, приводятся примеры петрофизических связей параметров физических свойств с вещественными, структурными, фильтрационно-емкостными и другими характерно тиками пород отдельных районов, месторождений и залежей. Однако, как справедливо отмечают многие авторы, для каждого конкретного района, площади, разреза необходимо иметь свою систему петрофизических связей, составленных на основании результатов экспериментальных исследований, проведенных в условиях, максимально приближенных к пластовым.

Петрофизичеокое изучение осадочных пород, слагающих разрез Югно-Каспийской впадины, ограничивается, в основном, исследованием удельного электрического сопротивления, деформационго-проч-ностных и коллбкторских свойств пород отдельных ыестороадений северо- аиадаого борта Южно-Каспийской впадины. Продолжение подобных исследоЕ яай на новых коллекциях образцов должно преследовать цель более детального изучения акустических и электричео-ких свойств пород глубокозалвгаадих Ыестороадений шельфовой зош

Каспийского моря, изучение влияния минералогических и структурных особенностей пород на их физические свойства, совершенствование математических приемов обработки петрофизи"аской информации, применение методов планирования'экспериментов в петрофизическпх исследованиях.

Во второй главе приводится геологическая характеристика Южно-Каспийской впадины и описаны литолого-структурше особенности изученной коллекции образцов. Образцы горных пород, изученные в настоящей работе, приурочены к отложениям среднего плиоцена. Эти отложения широко распространены в Южно-Каспийской впадине и с ними связаны основные месторождения нефти и газа Восточного Азербайджана, Западной Туркмении и акватории Южного Каспия. В пределах Западной Туркмении стратиграфическим аналогом средне-плиоценовой продуктивной толщи Азербайджана является красноцвет-ная толща - основной объект добычи нефти и газа на восточном шельфе Южного Каспия. Продуктивная толща широко представлена в пределах Апшеронского и Бакинского архипелагов, Южно-Апшоронской экваториальной зоны, являющимися основными объектами исследований автора реферируемой работы.

В работе представлены сведения о литолого-стратиграфичео-кой, геос.рукгурноЯ, гидрохимической и тврмобарической характеристиках разреза шельфовой зоны Каспийского моря. Подземные воды продуктивной толщи представлены, в основном, двумя гидрохимическими типами: хлоркальциевыми рассолами и гидрокарбонатно-натри-евыми слабо минерализованными водами. Главной составной частью подземных вод являются ионы хлора.и натрия, содержание которых 1 достигает £0$, что позволяет использовать водные растворы хлористого натрия различных концентраций в качестве модели пластовых вод при экспериментах с насыщенными образцами пород.

Особенностью геотермического режима Етао-Каспийской впади-

- 10 -

вы является весьма н::зкая прогретость плиоценовых и четвертичных отложений. Для изученных интервалов глубин температура не выходит за пределы 70-120°С. Начальные пластовые давления в недрах Южно-Каспийской впадины, как правило, превышают нормальное гидростатическое давление для данной глубины. Коэффициенты превышения находятся в пределах от 1,05 до 1,25.

Изученная коллекция образцов пород продуктивной толщи отобрана из скважин в интервале глубин 2500-5850 м на месторождениях шельфа Каспийского моря и, частично, Нижнекуринской депрессии: им.28 Апреля, Бахар, Шахово-море, Бибиэйбат, Сангачалы-море-Ду-ванный-море-о.Булла, им.8 Марта, Булла-море, Аляты-море, банка им, Кврсангя. Литолого-минералогическая характеристика пород исследована по шлифам и методом рентгенофазового анализа пелитовой фракции. Структура и текстура пород изучена по окрашенным шлифам я о помощью методов растровой электронной микроскопии. Изучены также коллекторские свойства пород на стандартной, аппаратуре.

По литолого-петрографически.л и структурным особенностям выделяются три группы пород-коллекторов:

I - песчаники средне- и 1фупнозернистые кварцевые (содержание кварца более 75%) преимущественно с карбонатным цементом порового ели порово-пленочного типа с преобладающим размером верен 0<15 0,30 мм, и пористостью 12-26/6; .

ГГ - песчаники алеврито-глицистые тонко- и мелкозернистые с содержанием кварца от 50 до Т?Ъ% с карбонатным или сложным глинисто-карбонатным цементом бааального и порового типов с преобладающим размером зерен 0,10-0,20 мм и пористостью 10-18/5;

Ш - полимиктовые мелкозернистые песчаники и алевролиты с содержанием кварца менее. сочсложным карбонатно-глииис.тнм.-и • карбонатно-кремнистым-цементом порового типа с преобладающим рк<-мпром зерен 0,05-0,13 мм и пористостью 1-12%. ' '

- II -

Изучение структуры пород выполнено с помощью растрового

электронного микроскопа (РЭМ), для чего сделано 136 фотоснимков сколов пород с увеличением от 30 до 3000-кратной величины.

Статистические распределения размеров зерен и пор, в целом, отвечают известным по литературным данным закономерностям процессов транспортировки и накопления пластических осадков: для зорен они имоют слабую, а для пор - весьма заметную правую асимметрию, т.е. могут быть описаны логнормальним законом распределения частот.

Данные измерения п60 зерен показывают, что их размеры изменяются от 20 до 460 мкм при среднем значении 168 мкм (медиана -135 мкм) с вариациями по отдельным месторождениям. По 183 замерам пор средний размер составил 58 мкм (медиана - 40 мкм) с вариациями от до 230 мкм. Наблюдается статистическая связь между диаметрами зерен ¿1} и пор с!п в виде сиотношешш: с1п = = 10 ехр [0,011(Ь] . Меаду пористостью и структурными характеристиками образцов установлены зависимости, имеющие вид:

кп= о,оо144г3 ( 0,004 Гп и кц=о,00302 00651 гп0,Г/ь

Установлена зависимость между проницаемостью Кщ,, пористо стью Кп и радиусом X поровых каналов, отвечающая капиллярной модели Козени-Кармана:

г «гмр (кпр/кп8,1/2>

где р - коэффициент формы поперечного оеяения капилляров, равный 4,9. Эмпирически коэффициент 1,44 свидетельствует о ма-лсй извилистости норовых капался ¡.зуУеШШ Ьдр8йЦШ.

Соотношение между фильтрационными и емкостными свойствами исследованных образцов пород имеет &йд: Ц Кпр = 0,20 Кп - 2,2,

где К„ - в%, К.1П - в 10 10 м"-.

- 12 -

Приведенные связи могут быть рекомендованы для объяснения механизма трансформации пород под влиянием высоких термобарических параметров в конкретных пластовых условиях разреза морских месторождений Южно-Каспийской впадины. .

В третьей главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований петрофизичееких свойств пород. Экспериментальные исследования проведены во ВШШВарывгеофизика на модернизированной установке по изучению физических свойств горных пород при высоких давлениях и температурах УФС-2 с двумя рабочими камерами. Установка позволяет развивать всестороннее давление в камерах до 250 МПа, поровое давление до 100 МПа, температуру -до 250°С, а также менять в образце тип насыщающего флюида в ходе эксперимента.

Методика подготовки образцов горных пород включает комплекс следующих операций:- отбор навесок для изготовления окрашенных и неокрашенных шлифов, определение гранулометрического состава, изготовление препаратов для ронтгено-фазового анализа и образцов для исследования на РЭМ, изготовление образцов щштадричеокой формы, экстрагирование остатков углеводородов, сушку, замеры проницаемости по газу, раздельное вакуушрование образца и насыщающего флюида, насыщение, замеры пористости, электрических и акустических параметров цри атмосферных условиях. Методика исследований физических свойств образцов пород на установке УФС-2 отвечает, специально разработанной инструкции для установок подобного типа о учетом правил техники безопасности при работах с со-сугами сверхвысоких давлений.

Основное внимание при проведении экспериментов было уделе-ад определению.пористости, акустических и электрических свойств пород на коллекции, состой из 35 образцов.

¿1аимены!ши обратимыми изменениями пористости, в условиях,

- 13 -

соответствующих глубине залегания образца, отличаются более ви-сокопористые породы с карбонатным или кварцевым цементом. Для образцов с начальной пористостью 18-20"? ее изменение под воздействием давления составляет 6-8$\ а для образцов с начальной пористостью 5-10% оно составляет 33-36$. Полученные данные отличп • ются от результатов аналогичных исследований по другим нефтегазоносным районам в сторону увеличения степени изменения пористости под влиянием вффективного давления, что объясняется повышенной глинистостью и сравнительно низкой начальной пористостью образцов пород,

По условиям прохождения упругих импульсов в образцах пород выявлено различив в зависимости от литолого-патрографкческих и структурных особенностей пород: для образцов I труппы предельные значения скорости продольных волн на глубине залегания об- . разцов составлять 3600-4300 м/с, для образцов П группы - 44004800 м/с, для образцов Ш группы - 4800-5900 м/с. Наибольший рост скорости продольных еолн Vf наблюдается при изменена эффективных давлений до 20 fffla. При больших величинах эффективного давления рост Vp резко замедляется и в дальнейшем асимптотически приближается к указанным выше пределам. Максимальное эффективное напряжение не превышало 90 МПа.

При интерпретации материалов акустического каротажа основным параметром является интервальное время дТ пробега упругих волн. Как показа.™ эксперименты, образцы, относящиеся к I группе, характеризуются величиной д Т от 258 до 230 тс/и, длг образцов П группы - от 225 до 208 мке/м и для образцов Ш группы -от 203 до 170 мке/м. -

Влияние температуры на акустические свойства пород сказывается в том, что с ее ростом до 100°С скорость упругой волны монотонно уменьшается, причем для образцов с большей пористостью

- 14 -

- быстрее. Предполагается, что при температурах до 50-60°С одним пэ основных факторов снижения величины Ур с ростом температуры может быть понижение упругости цементирующего вещества (в основном, глинистого), а при дальнейшем росте температуры превалирующее значение имеет упругое расширение зерен скелета породы.

Основными электрическими характеристиками, используемыми в промысловой геофизике, являются удельное электрическое сопротивление ^п и относительное сопротивление (параметр пористости) Рп. Показано, что с ростом эффективного давлония относительная

Р / о

величина удельного электрического сопротивления _РП //л претерпевает наименьшие изменения, равные 10-20? при давлениях 3-5 ЫЛа и 45-50$ - при давлениях на глубине залегания в образцах кварцевые песчаников с пористостью 14-2052. Наибольшие изменения наблюдаются у образцов полимиктовых песчаников с пористостью 7-8%: в 2-3 раза - при малых и в 3-4 раза - при больших эффективных давлениях. У образцов с преимущественно глинистым цементом о ростом давления сопротивление увеличивается почти в 2 раза сильнее, чем у образцов с карбонатным цементом. Предполагается, что в интервале давлений до 45 Ш1а на рост влияет порис-

тость образцов, а при давлениях свыше 45 МПа - их глинистость, т.е. вначале происходит уменьшение поперечного сечения крупных пор и поровых каналов, а затем - сжатие капиллярных и субкапиллярных пор и каналов.

С ростом температуры при одновременном воздействии эффективного давления, соответствующего глубине залегания образца, удельное электрическое сопротивление уменьшается, причем наиболее интенсивно (в 2-3 раза) в диапазоне температур 20-в0°С. Затем теш снижения уменьшается.

Параметр пористости Рп наиболее интенсивно (в 1,3-2,2 раза) растет с ростом эффективного давления до 25-30 МПа, а при

- 15 -

давлениях. соответствующих глубине залегания образцов. достигло'

I,D-C,Г'-кр-чтчоИ величины относительно атм^оТ-ерного ляцлч»пя. "!п раметр пористости образцов г, более рноокоП нач"ты;ой пори^то^тн'' изменяется меньше, чем.у образцов с меньшей пористостью.

"зионгт'я l'apaießTpo пористости р с ростом тоглпо] птуря л<> IOO°C при эффективных давлениях, соответствующих глублно зилега ния образца, носят слсяяуй характер и в ппты fv-rrwinroT T0-?Pt, увеличиваясь у вг.сокопор-.тстих отсортированных песчаников и уменьшаясь у низкопористых полпмлктових и плохоотсортировашплс разностей.

Изученные образцы проявляют анизотропность физических свойств. С ростом эффективного давления до 10-15 Ша коэффициент акустической анизотропии достигает Г,05-Т,15 и затем почти не изменяет! я, а коэффициент электрической анизотропии образца низкопористого песчаника достигает величин;; 0,7-0,Р, образца высоко-порпстого песчаника - величины Q,9!i-T ,02 и затач стабилизируется на уровне 1,1 при давлении -;Па.

Сопоставление данных замеров поперечных размеров (радиусов) зерен и пор Хп с измерениями основных петрофизичес-к".х параметров лТ и Р на тех же образцах, позволило впервые в практике етрофизических иоглйдорпниИ установить эмпирические взаимосвязи между ними:

дТп = 1Ш1,ЗВ'1з и й Тп = 170+3,84 %„ ,

Рп -- 10000 Г Q~T''i5 г; Г'\т = "500 г ~L'35. п з л и

Наличие подобных соотношении п'ндотельствует о существенном влиянии гракуло- к поро,метрической характеристики на петро-фпзические параметры. Аналогия полученных соотношений с уравнением "среднего времени" для дТ и уравнением Арчи-Дахнова для

- 16 -

Рп свидетельствует о том, что влияние грануло- и порометрическоД характеристики аналогично влиянии пористости на изменение петро-физических параметров в процессе уплотнения осадков-. Наличие установленных взаимосвязей позволяет решать обратные задачи: определять средние размеры зерен и пор по данным акустического и электрического видов исследования скважин.

Анализ экспериментальных данных об относительном сопротивлении Рп (параметре пористости) и пористости Кп при различных величинах эффективного давления на образец позволили получить эмпирическую зависимость между ними в виде:

рп - V1,43 V'062

С ростом Рдф от I до 60 МПа структурный коэффициент (показатель цементации) в формуле Арчи-Дахнова увеличивается от 1,43 до 1,84.

В четвертой главе описаны результаты использования методов планирования экспериментов с целью моделирования "петрофиэических параметров при высоких давлениях и температурах. Пвтрофиэические исследования горных пород в условиях, моделирующих пластовые, учитывая их высокую трудоемкость и дороговизну, предполагают широкое использование методов планирования экспериментов, позволяющих оптимизировать условия проведения и. минимизировать киличест во опытов, а также получать различные модели петрофиэических параметров с оценкой их точности. В задачу исследований на этом этапе входило моделирование взаимосвязей петрофиэических парамет ров с термобарическими условиями недр и .литолого-структурными особенностями образцов пород. Для этого были использованы две схемы из теории шинирования экспериментов: полный двухуровневы! трехфакторный эксперимент и ортогональное центральное композиционное планирование двух факторов на трех уровнях.

- 17 -

Для двухуровневого трехфакторного эксперимента границы исследуемой области изменения петрофизического параметра определялись верхним и нижним уровнями эффективного давления (2,5-75 МПа), температуры (15-100°с) и пористости (15-23$). Соответственно определялись основные (средние) уровни и интервалы варьирования признаков. Все расчеты .выполнены в безразмерных координатах дая относительных величин пегрофизических параметров, представляющих собой отношения данного параметра д при давлении Р^ и температуре Т к значению этого параметра Х^ при комнатной температура и давлении, равном 0,1 МПа. Затем осуществлялось исключение незначимых коэффициентов модели, переход от безразмерных к натуральным координатам, давалась оценка точности модели по данным параллельных опытов и оценка доли влияния , Т и Кд па исследуемый параметр.

Для удельного электрического сопротивления получена трох-факторная модель (со средней погрешностью 7,6$) вида:

/'Г/Рп = 3,238+0,0186 Рдф-0,0266 Т-0,0935 Кц -

- 0,0000763 Рзф Т - 0,000426 Р^ Кп»0,000891 ТКЦ,

из которой следует, что при Т > 40°С превалирующее влияние на удельное сопротивление оказывает температура, а при Т>90°0 удельное сопротивление уменьшается во всем диапазоне эффективных давлений.

Для параметра пористости получена двухфакторная квадратиче-окая модель (со средне^ погрешностью 3,4%):

Рл/'Рп = 1,21 »-0,0087 Рдф+0,0087 Т-0,0000765 Т2,

из которой следует, что о ростом эффективного давления параметр пористости монотонно увеличивается« а с ростом температуры он вначале увеличивается, а по достижении Т = 60-С0°С начинает снижаться. В целом же влияние температуры незначительно.

- 18 -

Для скорости распространения продольных упругих волн получена трехфакторная модель (со средней погрешностью 1,3/«) вида:

Р,г о

t/p /1/р = 0,749+0,005 РЭф -0,0014 Т+0,027 Кп, из которой следует, что при одних и тех же значениях Р^ и Т большие изменения l/f> соответствуют более пористым образцам. С ростом эффективного давления \/р растет, а с ростом температуры - незначительно уменьшается.

Дпя интервального времени пробега упругих волн получена трехфакторная модель (со средней погрешностью 2,1%) вида:

«Т , а

аТ /йТ = 1,18-0,0020 Рэф + 0,0009 Т-0,018 Кд.

из которой следует, что, также как и на Vf> , на величину дТ в основном влияет элективное давление, а влияние температуры -мало.

Оценивая применение различных схем планирования экспериментов, можно утверждать, что даже при наличии сравнительно небольшого количества опытов, проведенных с учетом требований теории планирования экспериментов, можно получить довольно точное математическое описание влияния различных природных факторов на поведение того или иного петрофизического параметра. Полученные формулы и их графические изображения рекомендуются для использования при интерпретации экспериментальных и промыслово-геофизи-ческих данных в тех случаях, когда в них следует вводить поправки за высокие термобаричезкие параметры, характерные для больших глубин. Предложенные модели отличаются от известных по л тара-турним источникам тем, что они позволяют одновременно учитывать влияний ифт/сК'гииного Давления и температуры на физические свойства пород с учетыл их обобщошшй структурной характеристики.

П пятой главе ириво. ггся результаты использования эксперименте -ьных и щюмИслоьо-геофизнческих данных для опра.чоления ем-

костных, грануло- и порометрических характеристик пород и оценки барической обстановки на больших глубинах. Установленные взаимосвязи петрофизических параметров с размерами з рен и пор, позволяют оценивать величины последних по данным электрического и акустического каротажа. "

По данным электрокаротажа, проведенного в 27-ми скважинах месторождения Бахар, выполнено 227 определений диаметров зерен и столько же определений диаметров пор. Средний размер зерен dj составил 178 мкм, среднее квадратическое отклонение С<з5 50 мкм, •'средний размер пор dn составил 64 мкм, среднее квадратическое отклонение 6ап 18 мкм.-Эти цифры практически полностью совпадают с данными ГШ.

Аналогичные расчеты по данным злектрокаротажа получены на месторождении Сангачалы-море-ДуванныЙ-море-о.Булла по 9-ти скважинам, вскрывшим УШ горизонт. По 16-ти пластам получены следующие данные: с!з - 174 мкм, = 21 мкм, dn = 62 мкм, 6cjn =11 мкм, совпадающие с данными ром.

Подсчет размеров зерен и пор по данным 35 определений акустического каротажа, проведенного в скв.578 на местороздении им.8 Марта, дал следующие результаты: d3 = Ю5 мкм, = 30 мкм,

dn = 3S мкм, 6c¡n = II мкм.

По известным размерам зерен и пор была дана оценка пористости пород на месторождении Сангачалы-море-ДуванныЙ-море-о. Булла. Получено несколько завышенное значение (25,2$) по сравнении j данными электрокаротажа (22,2$). На месторождении им.8 Мар^а среднее значение пористости составило 14,5%, что несколько мень-* ше принятого при подсчете запасов (16,0$).

Одной из важных характеристик залежей нефти и газа является пластовое давление, данные о котором получают по замерам глубинными манометрами. Однако проведение замеров в условиях боль-:

- 20 -

НИХ глубин не всегда осуществимо и связано с большими затратами времени и средств. Методы промысловой геофизики основаны на предположении о равенстве поровых давлений в глинах и пластовых давлений в смежных пластах-коллекторах. Однако, известно, что в пластах-коллекторах большого объема с хорошими гидродинамическими связями по площади пластовые давления значительно ниже поро-вых, измеряемых методами ШЗ.

Использованный в реферируемой работе подход основан на том, что изменение структуры горных пород при изменении эффективного давления, обусловлено их уплотнением и отражается ка их физических свойствах. Моделируя физические свойства пород с учетом тер-кобарических условий на глубине залегания, мохно судить об эффективном давлении и, следовательно, о пластовом давлении в залежи.

Технология оценки пластового давления по данным о петрофи-8КЧ8СКИХ параметрах показала на примере месторождения им.8 Марта. В окв.578 из интервала глубин 54ЕЗ-5486 м, соответствующего УП горизонту, был отобран образец породы, на котором была проведена серия измерений интервального времени пробега упругих волн при различных сочетаниях внутрипорового давления с давлением всестороннего сжатия, соответствующем геостатическому давлению на глубине отбора образца. По результатам экспериментов построена эталонная кривая зависимости интервального времени от еффективного давления при заданной пластовой температуре. По данным акустического каротажа, проведенного в этой же скважине, в заданном интервале глубин, йТ = 235 мкс/м, чему соответствуэт эффективное давление, снятое о эталонной кривой, равное 71 МПа. Пластовое давление определено как разность между геостатическим (129,2 МПа) и аффективным давлением и равно 58,2 МПЗ, 9 градиент пластового давления составил 0,0106 МПа/м. По данным гадогидродинамиче-

- 21 -

ских расчетов пластовое давление равно 57,3 ГЛПа.

По экспериментальным данным подсчитан эффект уплотнения пород-коллекторов залежи УП горизонта месторождения Булла-море, возникший вследствие падения пластового давления в продеоое рай-работки этой залежи.

Основные научные и практические результаты, • полученные в работе:

1. Изучены литолого-структурпые характеристики терригешшх пород-коллекторов основных месторождений нефти и газа продуктивной толщи Южно-Каспийск' впадины, установлены три структурно-литологических типа пород-коллекторов, получены статистические оценки размеров зерен и пор, взаимосвязи между ними и с коллек-торскими свойства!.® пород.

2. Установлено, что у образцов пород-коллекторов, обладающих повышенной глинистостью и сравнительно низкой начальной пористостью, изменения пористости под влиянием эффективного давления превышают известные по литературным данным.

3. Скорости распространения продольных упругих волн наиболее интенсивно возрастают с ростом эффективного давления до 20 МПа, а затем стремятся к асимптотическим значениям, зависящим от литолого-структурного типа породы. У однотипных образцов большие величины скоростей соответствуют- образцам с меньшей пористостью.

4. С ростом температуры при эффективных давлениях, соответствующих условиям залегания пород, скорость упругих вода уменьшается быстрее у образцов с большей пористостью. Величина умень-иония скорости с ростом температуры у разных типов пород различаются. Предполагается, чти при температурах до 50-60°С одним нв основных факторов снижения величины ]/р с ростом температуры может быть понижение упругости цементирующего вещества (в основном, глинистого), а при дальнейшей рося'е темйоратуры превалирую-

- 22 -

щее значение имеет упругое расширение зерен скелета породы.

5. Удельное электрическое сопротивление с ростом эффективного давления наиболее интенсивно возрастает у низкопористшс по-лимиктовых песчаников и алевролитов (в 3-4 раза), а наименее - у. высокопористых отсортированных кварцевых песчаников (в 1,5 раза). Существенное влияние оказывает также состав и тип цемента: у образцов с преимущественно глинистым цементом с ростом давления сопротивление увеличивается почти в 2 раза сильнее, чем у образцов с карбонатным цементом. Предполагается, что в интервале эффективных давлений до 45 !.'Ла на рост рассматриваемого комплекса пород влияет изменение объема межзерновых пор, т.е. ведущим фактором является пористость образцов, а при давлениях свыше 45 МВа - уменьшегте поперечного сечения капиллярных и субка-аиллярных пор и поровых каналов, т.е. ведущим фактором становится глинистость породы.

6. Удельное электрическое сопротивление пород-коллекторов с ростом температуры наиболее интенсивно (в 2-3 раза) уменьшается при температуре до 70-80°С, а з .тем темп снижения уменьшается.

7. Параметр пористости (относительное сопротивление) образцов -с простом эффективного давления увеличивается в 1,5-2,6 раза, а с-ростом температуры при давлении, соответствующем глубине залегания образца, изменяется на 10-20%, увеличиваясь для высокопористых отсортированных пеочаников и уменьшаясь для низкопористых .полимиктовых и плохоотсортированных песчаников и алевролитов

8. Изученнць образцы проявляют некоторую анизотропность физических свойств, изменение которой при росте эффективного дав ления характеризуется повышение^ коэффициента акустической анизотропии, уменьшением коэффициента электрической анизотропии.

9. Получен большой набор математических моделей петрофизи-чеоких параметров с учетом влияния эффективного давления, темпе-

- 23 -

ратург, емкостных и структурных п?.^аметров пород. Впервые цред-ставлсш модели взаимосвязей электрических и чкуотичеснлх свойстз с гронуло- ^ порометричеекой характеристикой пород. Получены модели одновременного совестного влияния термооарпческю: факторов на петрофкзические парамерн, что щ-чволило рекомендовать их для определения поправочных коэффициентов за елияни" глубины залегаиия пород на гкжяаання геофизических методов исследования скважин.

10. Для дластов-кс. лекторов ряда морских глубок.залегающих местороадений Азербайджана обоснованы новые петпофизические сзи-

зи и выполнены расчеты грануло- и пором-трических характеристик,

rj> -

начальных и текущих значений пористости, пластового давления, использованные в научно-прикладашх работах по месторождениям Булла-море и им. 8 Ма^та.

Основное содержание диссертации опубликовано в следует^* работах:

1. Определение термобарических параметров недр по дг тым исследования физических свойств п^род //Тезисы докладов I Всесоюзного симпозиума "Термодинамика в геологии". Суздаль - 1985 - . т.П, - С.238 (соавторы: Алияров Р.Ю. Буряковский Л.А., Джеван-пшрР.Д.).

2. Экспериментальные исследования акустических свойств глу-бокозалегащих пород-коллекторов Азербайджана в условиях,моделирующих пластовые //Известия АН Азерб.ССР, серия наук о Земле -i989 - № I - С.93-100 (соавторы: Буряковский Л.А., Алияров Р.Ю.г Стефанкевич З.Б.).

3. Экспериментальные исследования электропроводящих свойств глубокозалегающих пород-коллекторов Азербайджана в условиях, моделирующих пластовые //Известия АН Азерб.ССР, серия наук о Земле - 1989 - № 2 - С. 130-136.

- 24 -

4. Выянае разработки в ал еже» углеводородов на изменение флльтрпцяо: чо-емкос .них свойств иород-коллекторов (по данным промыслов,о-геофиэических и експериментальннх исследований) //Те-SEca докладов П Всесоюзной научной конференции "Нефть и газ Западной Сибири", Тюмень - 1989 - С.87-88 (соавторы: Буряковский Л.А., Алияров P.D.).

5. Значение екопериментальногс моделирования дл^ решения региональных геологических проблем //Тезисы докладов У двустороннего (ГДР-СССР) симпозиума по истории и методологии геблогичес -илх вншшй. .¿еришн, 1990 - С.25-26 (соавтор: Буряковский Л.А.).

6. О взаимосвяапг. между физическими свойствами пород и их структурными характеристиками //Тезисы докладов УЩ Всесоюзного со5.с:1д:пш по, физическим -войствам-горных пород при высоких давле-uiivx г- температурах. -.Уфа - 1990 - С.48-49 (соавтор: Буряковский S.A.). \ .

7. й^шшроьешио петрофизических експериментов при высоких даеле:ш-х и тшературах //Тезисы докладов УШ Всесоюзного совещания по физическим свойствам горных пород црп высоких давлениях л тем эра турах. -. Уфе - 1930 - С.62-63 (соавтор: Буряковский Л.А.'

8. Планирование экспериментов с целью моделирования петро-?ч1зпчоскях параметров при высоких давлениях и температурах. -Раку, 1РСЭ. - 29 Oi — Доп.в ШШИ 21.06.90, » 3550-В90 (соавтор: Буряковс1ай Л.А.).

9. Авторское свидетельство й I4I5I28 (СССР) "Установка для яоаледовашн тьирд^х материалов", Мамг.дов А.Л., Сафаров И.Б., Кулиев Р.Д. - Опубл. в'Ь.И. , 1988, № 29.