Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрофизическое обеспечение интерпретации ГИС в сложнопостроенных коллекторах на примере силурийских отложений Тимано-Печорской провинции

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

Автореферат диссертации по теме "Петрофизическое обеспечение интерпретации ГИС в сложнопостроенных коллекторах на примере силурийских отложений Тимано-Печорской провинции"

На правах рукописи

Булгаков Сергей Владимирович

ПЕТРОФИЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГИС В СЛОЖНОПОСТРОЕННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ НА ПРИМЕРЕ СИЛУРИЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ТИМАНО-ПЕЧОРСКОЙ ПРОВИНЦИИ

Специальность 04.00Л 2 - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

/.. ... ■

Соискатель

Ухта - 1997

Работа выполнена в Ухтинском индустриальном институте.

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук,

профессор Грунис Е.Б.

Официальные оппоненты:

- доктор геолого-минералогических наук, профессор Элланский М.М. - кандидат геолого-минералогических наук, доцент Дахнов A.B.

Ведущая организация - Ухтинская геолого-геофизическая экспедиция

"Геосервис" ПГО "Ухтанефтегазгеология"

Защита состоится оч от £> & на заседании диссертационного совета К 064.83.01 в Ухтинском индустриальном институте ( 169400, г. Ухта, Республика Коми, ул. Первомайская, 13)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского индустриального института.

Автореферат разослан ' £ ' Мс?р/7)с) 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.Г. Смирнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Первые промышленные притоки нефти из силурийских отложений в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции были получены в 1974 году из скв. № 7 Средне-Макарихинского месторождения. В 1985 году впервые были проведены работы по подсчету запасов нефти в коллекторах, приуроченных к силурийским отложениям.

С тех пор в провинции открыто уже более 20 залежей нефти в коллекторах, приуроченных к силурийским отложениям, которые расположены, в основном, в пределах Хорейверской нефтегазоносной области. Детально изучены параметры коллекторов по Баганской и Сандивейской группам месторождений, а также Верхне-Возейского месторождения. В стадии завершения разведочных работ находятся месторождения вала Гамбурцева (Черпаюсское, Нядейюсское и Хасырейское), где промышленно нефтеносны еще и нижнедевонские карбонатные отложения.

Выделение, определение типа и количественная оценка параметров сложного-строенных карбонатных коллекторов силурийского возраста представляют собой очень сложную проблему, которая оказывается тесно связанной с эволюционно-генетическими условиями формирования пород Условия осадконакопления обуславливают направленность и действие вторичных процессов в диагенезе и влияют также на их дальнейшее преобразование в эпигенезе.

Сложные карбонатные коллекторы образуют несколько независимых систем фильтрации, связанных не только с пористостью межгранулярного типа (блоковой), если она превышает граничное значение этого параметра, но и с системой крупных поровых каналов, каверн и трещин, размеры которых значительно увеличены за счет развития процессов растворения и выщелачивания.

Эффективность количественной интерпретации ГИС в сложных коллекторах определяется степенью соответствия выбранной петрофизической модели особенностям строения их пустотного пространства. На первый план выступает проблема идентификации типа коллектора по данным ГИС.

При изучении параметров таких коллекторов методами ГИС возникли серьезные затруднения с обоснованием граничных значений пористости и проницаемости для каждого из выделенных типов, а также с определением их пористости и нефтенасыщенноста Это потребовало разработки принципиально новых подходов к

вопросам петрофизического обоснования методики интерпретации данных ГИС ] определения подсчетных параметров.

Цель работы. Создание методологической основы для петрофизическоп обеспечения интерпретации материалов ГИС в сложнопостроенных коллекторах си лурийского возраста, базирующейся на детальных петрофизических исследования; керна.

Основные задачи исследований:

1. Анализ методик и результатов применения петрофизических исследовани для обоснования критериев выделения коллекторов сложного типа и определения и подсчетных параметров по Тимано-Печорской провинции.

2. Исследование количественных характеристик структуры пустотного прс странства сложных карбонатных коллекторов и оценка их влияния на петрофизиче ские параметры.

3. Разработка способов определения типов коллекторов по петрофизически данным и идентификации типов коллекторов по данным ГИС.

4. Разработка петрофизически обоснованной методики оценки подсчетны параметров по данным ГИС, в том числе и на новых разведочных площадях.

Научная новизна:

1. Предложен и разработан способ разделения коллекторов на типы по ко.\ плексу петрофизических и петрографических исследований на керне, имеющий основе аппарат кластерного анализа, который позволяет:

- проанализировать степень соответствия типов коллекторов, установлении по результатам изучения шлифов (качественная информация), реакциям петрофиз] ческих параметров на изменение структуры пустотного пространен (количественная информация);

- разделить анализируемую выборку на классы коллекторов по преобладал щему типу пористости с одновременным расчетом эталонных петрофизических з висимостей для количественной интерпретации ГИС;

- обосновать критерии оценки типов коллекторов по данным ГИС.

2. Обоснована необходимость разделения смысловой нагрузки на термин "пористость матрицы" н "блоковая пористость" и вводится понятие "пористость т копроводящей матрицы", как доли объема породы, представленной порами субк пиллярной размерности (обладающих заведомо гидрофильной поверхностью), кот

рые являются токопроводящими путями в углеводородонасыщенном карбонатном коллекторе.

3. Впервые поставлена задача, предложена и реализована технология количественной оценки характеристик структуры пустотного пространства коллекторов по данным ГИС, включающая:

- определение типа коллекторов по комплексу АК-НГК или БК-НГК;

- определение пористости токопроводящей матрицы по зависимостям для известного типа коллеткора;

- определение емкости минимального кластера;

- дифференциальную оцешу граничного значения пористости индивидуально для каждого пласта, как суммы Кп гр=Кп м+Кп клгшп.

4. Предложен способ учета аномальных нейтронных свойств промывочной жидкости, обусловленных присутствием бора, введением поправки в цену условной единицы НГК.

5. Впервые проведено петрофизическое районирование по силурийским отложениям Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, которое позволяет.

- выделить два типа разреза, к которым приурочены коллекторы, отличающиеся особенностями структуры пустотного пространства;

- выявить приуроченность характерных форм петрофизических зависимостей к типу разреза.

- адаптировать петрофизичеекие зависимости к реальным условиям залегания коллекторов с помощью обобщенных поправок за пластовые условия.

Практическое значение. Основные принципы петрофизического районирования силурийских отложений, методики выделения коллекторов сложного типа по данным ГИС и определения подсчетных параметров с учетом особенностей их структуры пустотного пространства позволят повысить эффективность интерпретации ГИС как на оперативном этапе, так и при подсчете запасов. Количественные характеристики структуры пустотного пространства, определенные по данным ГИС, будут использованы для построения эволюционно-генетической модели строения природных резервуаров, оптимизации разведки и разработки месторождений углеводородов.

Реализация работы. Исследования карбонатных коллекторов силурийского возраста проводились автором с 1982 года в ТПО ВНИГРИ, УКМЭ ПГО "Ухтанефтегазгеология", АО "Комииефтегеофизика", Ухтинском индустриальном

институте, вошли в более чем 20 законченных тематических и опытно-методических отчетов, в том числе девяти - с подсчетом запасов, в трех из которых диссертант являлся автором главы "Физико-литологическая характеристика коллекторов по керну".

Результаты проведенных автором исследований использованы при обосновании параметров карбонатных коллекторов по данным ГИС и подсчете запасов нефти ПГО "Ухтанефтегазгеология" в период с 1984 по 1993 гг. по Харьягинскому (Б3, С3-Р0, Средне-Макарихинскому (БО, Верхне-Возейскому (БО месторождениям, Санди-вейской и Башнской группам месторождений (Б, С3-Р1), применяются для оперативной интерпретации материалов ГИС в Ухтинской геолого-геофизической экспедиции и АО "Коминефтегеофизика".

Методические рекомендации по интерпретации материалов НТК в скважинах с аномальными нейтронными свойствами промывочной жидкости используются для оценки параметров коллекторов Кыртаельского нефтегазоконденсатного месторождения.

Методические разработки автора по количественной оценке структуры пустотного пространства по данным ГИС послужили основанием для постановки региональной программы "Разработка обобщенной петрофизической модели основных карбонатных толщ Тимано-Печорской провинции", по контракту с Минпромтранс-связи Республики Коми.

Основные защищаемые положения:

- методика разделения коллекторов на типы по комплексу петрофизических и петрографических исследований на керне, имеющая в основе аппарат кластерного анализа;

- методика и технология определения количественных характеристик структуры пустотного пространтства по данным ГИС;

- способ учета нейтронных свойств промывочной жидкости;

- принципы петрофизическош районирования силурийских отложений.

Апробация и публикация работы. Основные положения работы докладывались на конференциях: "Актуальные проблемы геологии нефти и газа" (Ухта, 1995 г), "Минерально-сырьевые ресурсы европейского северо-востока СССР" (Сыктывкар, 1988 г, 1990 г, 1994 г), всероссийском научно-техническом совещании "Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях'1

(Томск, 1996 г), региональной конференции "Моделирование геологических систем и процессов" (Пермь, 1996 г) и изложены в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав к заключения; содержит № страниц текста, £ таблиц, 2? рисунков. Библиография включает 115 наименований.

Фактический материал и личный вклад. Исходным материалом послужили результаты петрофизических исследований пород силурийского возраста ТПП, выполненные в ТПО ВНИГРИ при непосредственном участии автора в разработке оптимального комплекса петрофизических исследований, постановке и методическом обеспечении детальных петрофизических исследований в соавторстве с М.А.Милушкиным, В.А.Каневым, С.Н.Дедовым, В.АЖем-чуговой, С.В.Семуковым.

Автором лично проведены систематизация, анализ и обобщение результатов исследований на керне по более 15 ООО образцов керна, из которых детальные пет-рофизические исследования выполнялись более чем по 3000 образцам. Разработаны методики обработки и интерпретации петрофизических исследований и вычислительные алгоритмы решения задач. Программное обеспечение работ осуществлялось С.Н.Дедовым и Г.Н.Мелеховым совместно с автором работы.

Настройка и внедрение петрофизических интерпретационных моделей проводились совместно с сотрудниками партии подсчета запасов УКМЭ ПГО УНГГ Е.Г.Коваленко, Н.П.Вишератиной и взявшей на себя основную часть работы по проверке идей автора на материалах ГИС ведущим геофизиком Е.И.Мисихиной

Автор считает необходимым отметить, что логически завершенный вид работа преобрела благодаря конструктивной критике начальника геологического отдела АО "Коминефтегеофизика" Н.Д.Авдеева и ведущего инженера ТПО ВНИГРИ Б.Н.Горновича.

Диссертант считает своим долгом перечислить непосредственных исполнителей петрофизических исследований, лежащих в основе работы, сотрудников ТПО ВНИГРИ: А.А.Аберкон, Е.Э.Аккерман, В.С.Алексееву, С.Н.Дедова, Н.В.Сухих, В.В.Кейн, А.И.Кривцову, В.И.Раджабову, Ю.АСороченкова, В.П.Ут-венко и др.

Автор благодарен научному руководителю - доктору геолого-минералогических наук, профессору Грунису Е.Б. за постоянное внимание и советы на протяжении всей работы над диссертацией и выражает свою признательность за консультации в процессе работы доктору ф.-м.н., профессору Кобрунову А.Н, докторам г.-м.н., профессорам Дьяконову А.И., Савелову Р.П., Фоменко В.Г., кандида-

там г.- м.н. Зыкову В.А., Жемчуговой В.А., Рабицу Э.Г., выражает благодарность за помощь в оформлении работы Савчиковой Л.Г., Скотникову И.В., Маликовой А.Ю., Речевой Р.И., Луневой Т.Л. Круглик М.П. и Варфоломееву И.Н.

Становление автора как исследователя, формирование его мировозрения происходило под влиянием двух личностей, которым автор бесконечно признателен: Ю.А.Панкратова и Л.И.Орлова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ главе приведен анализ петрофизической изученности ТПП и анализ применения петрофизики для обоснования параметров силурийских карбонатных коллекторов.

В Тимано - Печорской провинции становление петрофизики происходило при непосредственном участии таких исследователей, какВ.И. Гороян, В.А. Канев, О.Н. Кропотов, И.А. Кукпин, Л.Д. Максимова, М.А. Милушкин, Л.И. Орлов, Ю.А. Панкратов, Г.В. Петров, ЖП. Потов, Ю.А. Просужих, А.И. Сало, Н.М. Свихнушин В.И. Сливков, Г.Н. Сорокер, В.Г. Топорков, Е.И. Чуманов.

Комплекс петрофизических исследований, вьшолняемый в ТПП, отработан нг месторождениях, для которых проводился подсчет запасов УВ и для большинств: залежей обеспечивает как качественную, так и комплексную количественную ил терпретацию материалов ГИС.

Основные проблемы, стоящие перед петрофизической службой в Тимано Печорской провинции обусловлены тем, что методики интерпретации ГИС при под счете запасов УВ, как правило, достоверно обоснованы петрофизическими исследо ваниями только для тех залежей, к которым были приурочены основные запас! нефти (газа), а также для наиболее простых по структуре пустотного пространств; коллекторам.

Продуктивные отложения силурийско-нижнедевонского возраста представле ны сложнотостроенными карбонатами, сильно дифференцированными по структур пустотного пространства и своим фильтрационно-емкостным свойствам; результат! количественной интерпретации ГИС определяются степенью соответствия выбран ной петрофизической модели особенностям строения пустотного пространства кол лекторов;

Во ВТОРОЙ главе приводится краткая характеристика коллекторов силурийского возраста по керну и результаты изучения структуры пустотного пространства коллекторов.

Комплексное изучение коллекторов силурийского возраста по керну, включающее как петрографические, так и петрофизические исследования на представительном керновом материале, проводилось по месторождениям, представленным в ГКЗ СССР (Российской Федерации): Средне-Макарихинскому (1985 г.), Баганской и Сандивейской группам месторождений (1987 г.), Верхне-Возейскому (1993 г.).

Детальные литолого-петрографические исследования, проводимые в разные годы Л.П. Гмид, В.А. Жемчуговой, Т.В. Майдль, Б.С. Шутовым, показали, что разрез силура в этой части провинции слагают карбонатные осадки, структурно-текстурные признаки которых указывают на накопление их преимущественно в условиях супра-литорали, литорали и сублиторали.

Все разновидности исследованных отложений из продуктивной части разреза по генезису пустотного пространства можно объединить в две большие группы: вторичные доломиты по зернистым (водорослевым стустково-комковатым, детритовым, обломочным) известнякам с высокой первичной межзерновой емкостью и вторичные доломиты по иловым, водорослево-иловым, детритово-иловым известнякам с преобладающей субкапиллярной пористостью.

Коллекторами в силурийских отложениях являются вторичные диа-эпигенетические доломиты. Степень доломитизации по керну 90-100 %, содержание нерастворимого остатка 0.3-3.0 %. Для проницаемых пород Верхне-Возейского месторождения величина последнего параметра не превышает 1.0%. Пористость коллекторов силурийского возраста изменяется в больших пределах и контролируется, как правило, предтиманским региональным размывом. Породы, выходящие под размыв, в результате происходящих процессов выщелачивания значительно улучшают свою пористость.

Структурой пустотного пространства определяются особенности фильтраци-онно-емкостных свойств, количественные характеристики и характер взаимосвязей летрофизических параметров и коллекторских свойств пород, остаточное водонеф-тенасыщение, другие подсчетные параметры коллекторов, однако разный иерархический уровень геологических исследований (на керне) и геофизических исследований (в скважине), объектом которых является пласт, явился причиной тому, что све-

дения о структуре пустотного пространства долгое время использовались только на качественном уровне.

При изучении структуры пустотного пространства на образцах керна широко распространен метод ртутной порометрии, дополненный теорией перколяции, разработанной В.И. Селяковым. Такая традиционно используемая в физике пласта характеристика коллектора, как величина среднего эффективного радиуса пор, дополняется средним фильтрующим радиусом. Стало возможным построение распределения радиусов фильтрующих пор, оценка минимального размера фильтрующих пор для каждого изучаемого образца и определение объема пор, образующего связанную фильтрационную систему.

Результаты изучения керна методом ртутной порометрии позволяют установить взаимосвязи между фильтрационно-емкостными свойствами коллекторов и получить корреляционное уравнение зависимости величин проницаемости и среднего радиуса пор (Верхне-Возейское месторождение):

^ Кпр = 2.01-^ гср 3 + 0.021; г=0.831; п~21

Зависимость проницаемости от эффективного радиуса пор использовалась для обоснования граничной проницаемости коллекторов. Граничная проницаемость (ыфю-'У) соответствует среднему для выборки значению минимального фильтрующего радиуса пор 1.07 мкм.

Анализ материалов ртутной порометрии в сопоставлении с прямым измерением проницаемости на образцах однозначно свидетельствует, что способность породы пропускать через себя флюид (свойство проницаемости) определяется возможностью образования фильтрационной системы, а величина абсолютной проницаемости контролируется размером пор, образующих такую связанную систему пор и поровых каналов ("кластер").

К— К" 4- к* п"п П гр ЛП М "А КЛ

Проблема остаточных флюидов - одна из центральных при изучении коллекторов и подсчете запасов углеводородов.

Определение остаточной водонасыщенности на керне проводят 1) прямыл: (экстракционно-дистилляциошшм) методом на образцах, отобранных из скважин пробуренных с использованием растворов на нефтяной основе; 2) косвенным! методами моделирования остаточной водонасыщенности петрофизическими методами.

Наиболее достоверным считается первый метод, при котором образцы, керна, отобранные из зоны предельного углеводородонасьпцения, содержат только остаточную воду. В ТПП для обоснования используются результаты прямого метода, а из косвенных - только метод центрифугирования для моделирования текущей водонасьпценности с целью изучения связи Р„ - Кв, поскольку центрифугирование наиболее технологичный и экспрессный метод.

Исследование структуры пустотного пространства методом ртутной поромет-рии так же позволяет оценить величину остаточной водонасьпценности (пористость токопроводящей матрицы) при использовании теории перколяции для оценки минимального фильтрующего радиуса пор.

Сопоставление пористости токопроводящей матрицы с межзерновой пористостью породы выявило разный характер связей между этими параметрами для коллекторов и неколлекторов, а также практическое отсутствие дифференциации для коллекторов каверново-порового и порово-кавернового типов. Коллекторам характерно отсутствие корреляции с открытой пористостью - среднее значение Кпм составляет 2.8% и уменьшается до 1.5-2% для образцов с прошщаемостыо большей

яо-'У.

Остаточная нефтенасыщекность - один из важнейших параметров, знание которого необходимо для оценки динамических характеристик природного резервуара, определения извлекаемых запасов. Величина остаточной нефтенасыщенности контролируется структурой порового пространства и, видимо, большая часть объема остаточной нефти, содержащаяся в коллекторе, приурочена к порам и поро-вым каналам размером 1 -5 мкм, образующих минимальный кластер.

Результаты экспериментального определения остаточной нефтенасыщенности (в единицах пористости) однозначно дифференцируются по величине проницаемости. Более проницаемые и менее пористые породы имеют низкую остаточную неф-тенасыщенность. Для коллекторов с повышенным остаточным нефтенасыщением характерно уменьшение проницаемости при высокой пористости.

Величины остаточного нефтенасыщения и минимального кластерного объема взаимосвязаны:

Кпо„=0.413КП1аГп-0.762 гО.769 п=16.

Традиционно используемая для целей обоснования остаточной нефтенасыщенности величина коэффициента остаточного нефтенасыщения в объеме пор при

сопоставлении с открытой пористостью затушевывает реальную картину и проследить полученный эффект в этом случае невозможно.

Таким образом, дополнение комплекса петрофизических исследований методом ртутной порометрии позволяет не только провести обоснование величин остаточных флюидов, но и определить эффективную динамическую пористость по комплексу ГИС - петрофизика.

Использование величины эффективной динамической пористости не позволяет вычислить граничную пористость для каждого пласта, поскольку в этой области существует ограничение, связанное с возможностью образования связанной фильтрационной системы, необходимой для начала фильтрации (К„ и,"1™). Этот параметр оказался зависящим от величины пористости матрицы:

Кпм^-587 Кли™11 +0.762, т=0.813,п=19.

Таким образом, результаты изучения керна свидетельствуют, что остаточные флюиды в первую очередь определяются структурой пустотного пространства коллекторов, в связи с чем представляется необходимым разделить смысловую нагрузку терминов "пористость блока" и "пористость матрицы", которые используются в настоящее время как синонимы.

Токопроводящая матрица - это совокупность пор и поровых каналов в карбонатной породе, размер которых позволяет удерживать капиллярносвязанную воду, в этих порах не происходит движения флюида, но они образуют связанную то-копроводяшую систему. К.ИБагринцевой, по результатам изучения смачиваемости карбонатных пород показано, что величина краевого угла смачивания возрастает с уменьшением эквивалентного радиуса пор, определенного по данным ртутной порометрии, то есть что поверхность пустотного пространства токопроводящей матрицы всегда гидрофильна.

Пористость блока (межзерновая пористость) - это суммарная емкость токопроводящей матрицы и пустотного пространства, связанного с порами и поровыми каналами, образующими связанную фильтрационную систему (кластер), движение флюидов в которых определяется капиллярными силами. Вторичная пористость связана с порами размером более 0.5-1 мм, кавернами и трещинами, на движение флюида в которых влияют гравитационные силы.

Величина межзерновой пористости (блоковой) определяется как

Кд МЗ Кп бл — Кд м "Ь К„ кл

Теперь можно сформулировать определение граничной пористости (Кп рД как сумму минимального объема пор, образующих связанную фильтрационную систему (КПкл тш) и пористости матрицы (К„ы):

—Г. т/' пап

пгр кл

В главе ТРЕТЬЕЙ рассматриваются результаты петрофизических исследований по силурийским отложениям ТПП, методики обработки исследований на керне и критерии оценки типов коллекторов по данным петрофизики и ГИС.

В настоящей работе предлагаются обобщенные модели влияния пластовых условий на коллекторские свойства и петрофизические параметры, которые могут оказаться незаменимыми при создании интерпретационных моделей, предназначенных для оперативных целей

К„пл = 1.19 - 0.0004Н+ 0.956 Кпет; Я = 0.988, п=167, Л1ПЛ = 1.067 + 0.0112Н +0.708 Д^; К = 0.968, п =167; ]пР„„л = -0.5676 + 1.243 1пРпет, г =0.968, п=167, где: Кп - в процентах, Д и Л („„ - в мкс/м, Рп - огаед, Н - в метрах

Оказалось, что на величину относительного (удельного электрического) сопротивления глубина отбора керна не оказывает существенного влияния. Это связано, видимо, с тем, что основные изменения параметра Рп происходит на начальной стадии нагружения образца эффективным давлением. На параметры ДI и Р„ не оказывает существенного влияния величина открытой пористости, что объясняется тем, что пористость образца находится в прямой зависимости с величинами Д1 и Р„ в атмосферных условиях и заложена в полученные обобщенные модели в неявном виде.

Для построения эталонных зависимостей ДI = £ ( Кп ) и Рп = Г ( К„), необходимых для количественной интерпретации материалов ГИС, потребовалось предварительное разделение петрофизических данных по типу пустотного пространства. При этом выявилось, что преобладающий тип коллектора, установленный по результатам изучения больших шлифов, иногда (до 10 -15 % от объема исследований) не соответствует данным петрофизических исследований. Причина этого явления заключается в резкой изменчивости пород-коллекторов по структуре пустотного пространства даже в пределах отдельного шлифа, а петрографические и петрофизические исследования проводятся не на одном, а на параллельных образцах керна.

Для разделения коллекторов по типу пустотного пространства использован аппарат кластерного анализа. Анализ проводился для трех параметров, входящих в основной комплекс петрофизических исследований, выполняемых на керне: пористость, интервальное время упругой волны, относительное сопротивление. В качестве априорной информации о типе коллектора использовались материалы изучения больших шлифов.

В поле шлифа, как правило, встречаются несколько типов пустотного пространства, однако преобладающий тип пористости для образца керна не всегда соответствует тому, который является основным в тонком срезе шлифа. Поэтому при разделении выборки по типу коллекторов должны учитываться и реакции петрофизических параметров на изменение структуры пустотного пространства породы. Эти реакции достаточно однозначны. Увеличение размеров пор и поровых каналов при одинаковой пористости приводит к уменьшению интервального времени упругой волны и росту удельного электрического (относительного) сопротивления полностью водонасыщенного коллектора, что свидетельствует о присутствии каверновой составляющей. Наличие трещиноватости сопровождается ростом интервального времени и понижением сопротивления такой породы.

Петрофизические зависимости обладают высокой устойчивостью, что позволяет их использовать в качестве аналогии при интерпретации результатов ГИС для коллекторов одинакового литологичесхого типа как на разведочных площадях, так и на уровне подсчета запасов углеводородов по месторождениям, находящимся в сходных условиях залегания и претерпевшим сопоставимые тектонические нагрузки.

Объединив с помощью кластерного анализа эти два подхода к определению типов коллекторов по результатам исследования керна, мы получили возможность создать принципиально новую самонастраивающуюся систему, использующую как качественную, так и количественную информацию для разделения коллекторов по типу пустотного пространства, позволяющую исключить влияние неоднородности пород, нивелировать погрешности, связанные с субъективным фактором, если качественные данные о типе коллектора противоречат физической сути изучаемого явления.

Основные этапы работы следующие:

- создается обучающая (базовая) выборка, где для каждого образца с известным по материалам изучения шлифов типом коллектора измерены основные пет-рофизические параметры;

- рассчитывается (методом наименьших квадратов) для каждого из выделенных типов набор корреляционных зависимостей ЛI - Г ( Км ), Рп = { ( К„ ). Вычисляются среднеквадратические отклонения петрофизических параметров от линии корреляционного уравнения по каждому типу коллектора;

- для всех образцов (включая и обучающую выборку) определяется степень близости его к тому или иному типу коллектора по минимальному среднеквадрати-ческому отклонению, каждому образцу присваивается соответствующий индекс;

- повторяется процедура расчета зависимостей Л 1 = Г( К„) и Рп = Г ( Кп ) и определения среднеквадратического отклонения от уравнения регрессии, но уже для всей (генеральной) выборки.

- для базовой выборки анализируется степень соответствия первоначальных и расчетных индексов типов коллекторов. Несоответствие индексов, полученных по расчетным и априорным данным, позволяет или исключить эти образцы из выборки (при больших расхождениях), или изменить их индекс на первоначальный и вновь рассчитать уточненные корреляционные уравнения.

Разделение образцов керна по типу коллектора, использующее петрографические и петрофизические данные, позволило обосновать для доломитов силурийского возраста Верхне-Возейского месторождения три преобладающих типа коллекторов - порово-трещинный, каверново-поровый, порово-каверновый; для месторождений вала Гамбурцева - трещинно-каверново-поровый и каверново-порово-трещинный. Одновременно были получены петрофизические зависимости для интерпретации материалов ГИС по каждому из выделенных типов.

Классификация пород по типу порового пространства, приведенная в настоящей работе, соответствует качественной характеристике преобладающего типа коллектора, наблюдаемой в шлифах. В количественном отношении, кроме пористости токопроводящей матрицы, выделенные классы пород характеризуются соотношением между средним размером расширений (полостей выщелачивания) и пережимов (поровых каналов) по материалам петрографии. Последний параметр можно определить по материалам изучения структуры пустотного пространства методом ртутной порометрии, однако в известной степени условно - как объем пор связанных

системой поровых каналов, размер которых соответствует определенному давлению нагнетания ртути.

Соотношение расширений и пережимов контролирует взаимосвязь филътра-ционно-емкостных свойств пород. Взаимосвязь эта достаточно сложная, поскольку проницаемость зависит не только от размеров пор, но н от наличия (и среднего размера) пор, образующих единую фильтрационную систему, а емкость породы в значительной степени определяется средним радиусом расширений, поскольку находится в степенной зависимости от радиуса пор.

Породам с порово-каверновым типом пустотного пространства свойственны наиболее крупные поры, по генезису это зернистые доломиты, пустотное пространство их связано с порами и кавернами выщелачивания. К сожалению, определить истинные размеры каверн на образцах керна невозможно, но по описанию керна отмечены полости размером более 3 -5 см.

Коллекторы каверново-порового типа имеют размеры пережимов и поровых каналов, связывающих пористые участки соизмеримые с первой группой пород (1030 мкм), однако радиусы расширений и полостей выщелачивания (и связанная с ними емкость) значительно уменьшаются (300 мкм-5 мм и более - по петрографическим данным), соотношение размеров расширений и пережимов в 3-5 раз меньше.

Последняя группа пород по генезису относится к иловым известнякам, претерпевшим в диа-эпигенетическую перекристаллизацию-доломитизацию. Размер пор и поровых каналов соизмеримы (0.1-5 мкм), форма пор лапчатая. Емкостное пространство может обеспечить фильтрацию только за счет трещиноватости.

Если принять за единичный поровый объем пустотное пространство, связанное с системой пор и поровых каналов между их двумя пересечениями, то можно так представить себе модель электропроводности карбонатной породы со сложной структурой пустотного пространства: электрическая проводимость породы с тре-щинно-поровым типом пустотного пространства аналогична проводимости включенного в электрическую цепь параллельно пучку капилляров, размер которых достаточно однороден.

При переходе к поровому типу коллектора, в единичном объеме породы количество капилляров уменьшается пропорционально росту их размеров. Каждый из капилляров осложнен расширениями и пережимами, которые включаются в электрическую цепь последовательно, обеспечивая тем самым более низкое сопротивле-

ние породы за счет уменьшения длины токопроводящих путей и увеличения их сечения (просветностн).

Для пород каверново-порового типа этот эффект еще более ярко выражен, так как изменение типа коллектора от трещинно-порового к поровому и каверново-поровому сопровождается ростом пористости пропорционально квадрату эффективного радиуса пор, что отражается на зависимости Рп - Кп кажущимся увеличением сопротивления породы при фиксированной пористости.

Полученная петрофизическая база позволяет использовать для идентификации коллекторов различных типов расхождения между зависимостями Л1-Кп. По данным АК рассчитывается величина межзерновой пористости для всех трех зависимостей и по минимизации расхождения с общей пористостью (НГК) принимается тот или иной тип коллектора. Для порового типа коллектора величина каверновой составляющей не велика и этот подход не может привести к существенным ошибкам.

При подсчете запасов по Верхне-Возейскому месторождению, для разделения коллекторов на типы использован установленный по петрофизическим данным эффект резкого роста сопротивления при качественном переходе от каверново-порового к горового-каверновому типу. Для количественной оценки степени расхождения нормализованных кривых БК и НГК использовалось фиктивное значение коэффициента увеличения сопротивления, определяемое по формуле

Рнф ~ Риф/ Рвпф,

где : р п ф - удельное сопротивление пласта, определялось против нефтенасьпценно-го пласта по диаграмме БК;

Р вп ф - отсчет против этого же пласта по диаграмме НГК в единицах сопротивления (условно принимаемой за эквивалентную диаграмме удельного сопротивления при 100 % водонасыщенности пласта).

По результатам сопоставления общей (НГК) и межзерновой (АК) пористости, на большом фактическом материале, было установлено критическое значение фиктивного коэффициента увеличения сопротивления: при Р„ ф < 2 более 70 % всех пластов имеют характеристику каверново-поровых ( К„ = Кп мз), при Р„ ф > 2, более 70 % пластов - порово-каверновых. Методика прошла апробацию в ГКЗ.

В главе ЧЕТВЕРТОЙ приводятся основные принципы адаптации петрофизи-ческих моделей к интерпретации данных ГИС в реальном разрезе и методика учета аномальных нейтронных свойств промывочной жидкости.

Часто приходится сталкиваться с известными трудностями, возникающими при переносе петрофизической интерпретационной базы, полученной по результатам лабораторного изучения керна на условия реального разреза: петрофизические зависимости, успешно используемые при подсчете запасов УВ, "не работают" после передачи месторождения в разработку, так как условия проведения ГИС при эксплуатационном бурении в большинстве случаев далеки от оптимальных, или петро-физическая база используется для отложений однотипных, но находящихся в отличающихся геологических условиях.

В такой ситуации, обостренной короткими сроками на выдачу оперативного заключения по результатам ГИС, интерпретационные службы ориентируются на использование методик приводимых в литературных источниках и методических рекомендациях (метод аналогий). Это не всегда оправдано с точки зрения обоснованности такой аналогии, но и неизбежно ведет к искажению, а часто и потере части информации, поскольку заведомо не учитываются особенности конкретного разреза.

Как правило, если изучаемая залежь представлена однородными по типу пустотного пространства коллекторами, так называемая "настройка петрофизической модели" сводится к установлению величины систематической погрешности изучаемого параметра и последующему ее вычитанию из полученного при интерпретации результата.

Закономерности изменения петрофизических свойств силурийских отложений позволяют проводить интерпретацию материалов ГИС по площадям, где не имеется большого количества представительного кернового материала, реализуя механизм приведения петрофизических зависимостей к реальным условиям залегания коллекторов.

Преобразование зависимостей Д1. - Кп происходит следующим образом: 1) поправка за глубину в величину ЛI как разности между линиями Д 1ш = Г ( А 1эт ) при фиксированной Кп пл; 2) поправка за глубину в величину К„ как разности между линиями К„ „д = Г ( Кп ат ) при фиксированном Д1|1Л; 3) поправка за изменение А 1„л за счет уменьшения пористости по исходной зависимости ДI — Г ( Кп ).

Введение поправок в зависимости Р„ - Кп сводится к учету поправок за пористость, поскольку относительное сопротивление от величины приложенной нагрузки слабо зависит. Поправки вносятся в два этапа : 1) за изменение Кп ш от глубины -

при фиксированном значении К„ ет по палетке К„ 1|Л ~ f ( К„ тг, Н ); 2) за изменение Рп за счет уменьшения пористости по исходной зависимости Рп - К„.

Используемые же при бурении в условиях Большеземельской тундры промывочные жидкости содержат примеси, которые обладают аномальными нейтронными свойствами. Работами В.Г. Топоркова (ВНИГИК) установлено присутствие в разрезе силура элементов с аномальным сечением захвата нейтронов (бора) как в пластовом флюиде, так и матрице породы.

Кривая НТК в этих условиях несколько сжата и имеет смещение в сторону завышения показаний в каверне. При определении пористости пластов по материалам НТК происходит завышение емкости коллекторов. Способы условной единицы и имитаторов пористости пластов можно применить только в тех скважинах, где результаты эталонирования регистрирующей аппаратуры совпадают (допустимое расхождение 10 %) с показаниями НГК в каверне большого диаметра (то есть по своим нейтронным свойствам промывочная жидкость мало отличается от пресной воды). Методика двух опорных пластов в силурийских отложениях затруднена тем, что в разрезе отсутствует плотный опорный пласт с известной пористостью и его надо обосновывать методом подбора по скважинам, имеющим хорошую освещенность керновым материалом. В силу приведенных причин, пористость по данным НГК в эксплуатационных скважинах может завышаться и достигать 25 и более процентов, что в 1.5 раза выше чем при подсчете запасов.

Разработчиками аппаратуры РК предлагается при отсутствии в разрезе плотного опорного пласта использовать вместо него наиболее вероятное значение пористости, предварительно установленное на основании статистической обработки результатов анализа керна в целом по залежи, среднеквадратическое отклонение величины Кп для каждой скважины должно быть не более 1% абс. Этот способ носит название статистического эталонирования.

По материалам изучения кварцевых песчаников Кыртаельского месторождения в результате статистического эталонирования определялись не только величины коэффициентов пористости по пластам, но и цена условной единицы НГК (названная оптимальной), соответствующая для каждой из обработанных скважин средневзвешенному значению пористости, равному 10.6 % (среднее по залежи). Оптимальная цена условной единицы 1уе опг освобождена от влияния хлора и других аномальных свойств бурового раствора, влияющих на показания НГК Приведенный способ является альтернативным использованию для этих целей величины со-

противления фильтрата промывочной жидкости как показателя хлорсодержания, поскольку многие скважины бурились с использованием полимерно-солевых растворов.

Сопоставление оптимальной условной единицы с величиной нейтронного гамма-излучения в каверне, освобожденной от фона гамма-излучения, представленное как отношение к цене условной единицы НГК для пресной воды ( 1Лэт), обнаруживает тесную корреляционную связь между этими параметрами:

0.584 0.188 , п=1б> г=о.95.

п узт п уэт

По результатам интерпретации НГК в скважинах Верхне-Возей-ского месторождения, из которых был вынесен керн, была проведена работа, направленная на изучение возможностей использования этой методики при интерпретации данных нейтронного гамма-метода в силурийских отложениях. Были выбраны скважины, в которых показания в каверне (после снятия фона ГК) имели большие расхождения с результатами эталонирования прибора в пресной воде. Сходимость результатов сопоставления величин пористости, определенной по описанной методике, с данными интерпретации НГК в разведочных скважинах и по керну свидетельствует о достаточно высокой эффективности использования предлагаемой методики.

Глава ПЯТАЯ содержит основные принципы петрофизического районирования по силурийским отложениям ТПП.

По основным петрофизическим характеристикам продуктивные отложеши силура можно разделить на два типа; первый встречается в западной и юго-западной частях Хорейверской впадины, второй развит в пределах юго-восточных районов Хорейверской впадины и на вале Гамбурцева. Каждой из этих зон характерен свой набор петрофизических связей, соответствующих преобладающему типу коллектора.

Для пород первого типа пористость проницаемых пластов в разрезе силура изменяется в больших пределах и особенности строения их пустотного пространства контролируются предгиманским региональным размывом. Породы, выходящие под размыв, в результате происходящих процессов выщелачивания значительно улучшают свою пористость. Ухудшение коллекторских свойств происходит в западном, юго-западном направлении, что связано с увеличением стратиграфического диапазона разреза и распространением над потенциально продуктивными

толщами нижнедевонских образований. Здесь развиты коллектора трех типов: поро-во-каверновый, каверново-поровый, трещинно-поровый.

Коллектора первой зоны характеризуется линейными связями Д 1-Кп. Все выделенные типы коллекторов дифференцированы по электрическим свойствам как для зависимостей типа Рл - К„, так и на графиках Рн - Кв.

В породах, приуроченных к разрезу второго типа, получили преимущественное развитие коллектора смешанного типа: каверново-порово-трещинный, трещин-но-каверно во- поро вый.

Связи А1 - К„ для смешанных коллекторов силурийских отложений юга Хо-рейверской впадины и вала Гамбурцева аппроксимируются параболами. Нелинейность этих зависимостей связана с тел», что по мере роста пористости коллектора происходят качественные изменения структуры пустотного пространства. Разделить зависимости Рн - Кв для этого типа разреза не удалось.

Такое распределение коллекторов обусловлено, по-видимому, литологически-ми особенностями продуктивных толщ и интенсивными процессами растрескивания карбонатных образований, свойственных для тектонически активных зон. Отсутствие непосредственного контакта рассматриваемых отложений с инфильтрацио иными водами (поскольку они не выходили непосредственно под размыв) снижает возможность формирования вторичной емкости выщелачивания по межзерновой пористости.

Основная полезная емкость доломитов связана здесь с интенсивным растворением и выносом карбонатного материала по трещинам. Очень часто этот процесс сопровождается частичным выпадением растворенного вещества в соседних участках, где нет активного движения пластовых вод

Результаты изучения зональности в изменении петрофизических свойств позволят избежать ошибок при обосновании аналогии и, после введения необходимых поправок в эталонные зависимости, оперативно провести интерпретацию ГИС, используя достоверные критерии выделения коллекторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1). Разработана методика разделения коллекторов на типы по комплексу пет-рофизических и петрографических исследований на керне, имеющая в основе аппарат кластерного анализа, которая позволяет проанализировать степень соответствия типов коллекторов по результатам изучения шлифов (качественная информация) и реакций петрофизических параметров на изменение структуры пустотного пространства (количественная информация); в результате такой обработки вся анализируемая выборка разделяется на классы коллекторов по преобладающему типу пористости с одновременным расчетом эталонных петрофизических зависимостей для количественной интерпретации ГИС, обосновать критерии оценки типов коллекторов по данным петрофизики и ГИС.

2). Построены обобщенные поправки за пластовые условия в результаты петрофизических исследований на образцах ( Кп, Рп, Д1) и методика приведения эталонных петрофизических зависимостей к реальным условиям залегания коллекторов.

3). Предложена методика определения граничной проницаемости по результатам ртутной порометрии, позволяющая устанавливать кондиции по ограниченному количеству керновош материала.

4). Обосновывается необходимость разделения смысловой нагрузки на термины "пористость матрицы" и "блоковая пористость" и вводится понятие "пористость токопроводящей матрицы", как доли объема породы, представленной порами субкапиллярной размерности (обладающих заведомо гидрофильной поверхностью), которые являются токопроводящими путями в углеводородонасыщен-ном карбонатном коллекторе; в соответствии с таким представлением следует правомерность непосредственного использования зависимости Р„ - Кп для определения емкости "токопроводящей матрицы" с последующим пересчетом этой величины в коэффициент водонасыщенности.

5). Впервые поставлена задача, предложена и реализована технология количественной оценки характеристик структуры пустотного пространства коллекторов по данным ГИС, включающая:

- определение типа коллекторов по комплексу АК-НГК или БК-НГК;

- определение пористости токопроводящей матрицы по зависимостям для известного типа коллектора;

- определение емкости минимального кластера;

- дифференциальная оценка граничного значения пористости индивидуально для каждого пласта, как суммы Кп гр=Кп м+Кп клпип.

6). Предложен способ учета аномальных нейтронных свойств промывочной жидкости (которые приводят к искажению показаний IITK в каверне) введением поправки в цену условной единицы НГК.

7). Разработаны основные положения петрофизического районирования по силурийским отложениям Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Выделено два типа разреза, к которым приурочены коллектора, отличающиеся особенностями структуры пустотного пространства, с характерными петрофизическими зависимостями и количественными критериями выделения коллекторов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Булгаков C.B., Милушкин М.А. Определение пористости, нефтенасыщен-ности и состава цементирующего материала по результатам комплексной интерпретации материалов геофизических исследований скважин // Сб. науч. тр.: Закономерности размещения зон нефтегазонакопления в Тимано-Печорской провинции.-Л.: ВНИГРИД986.-С. 144-152.

2. Булгаков C.B. Влияние структуры пустотного пространства на петрофизи-ческие характеристики коллекторов нижнего силура месторождений юга Хорейвер-ской впадины // Сб. науч. тр.: Геология и минерально-сырьевые ресурсы Европейского Северо-Востока СССР,-Сыктывкар: УрО АН СССРД988.-С.64-65.

3. Булгаков C.B., Жемчугова В.А. Характеристика верхнекаменноугольных и нижнепермских коллекторов юга Хорейверской впадины // Сб. науч. тр.: Геология и минерально-сырьевые ресурсы Европейского Северо-Востока СССР.-Сыктывкар: УрО АН СССР, 1988.-С.65-66.

4. Булгаков C.B., Жемчугова В.А. Особенности коллекторов D3 Аресской группы месторождений // Сб. науч. тр.: Геология и минерально-сырьевые ресурсы Европейского Северо-Востока России, - Сыктывкар: УрО АН СССР, 1994.-С.39.

5. Булгаков C.B., Савчикова Л.Г. Определение параметров коллекторов в скважинах, пробуренных с использованием полимерно-солевых промывочных жидкостей. //Сб. науч. тр.: Проблемы освоения природных ресурсов Европейского Севера, -Ухта, УИИ, 1994.- С. 62-65.

6. Булгаков C.B. К вопросу о петрофизической зональности Тимано-Печорской провинции // Сб. науч. тр.: Актуальные проблемы геологии нефти и газа, - Ухта: УИИ, 1995.-С.94-95.

7. Булгаков C.B. Петрофизические особенности коллекторов силурийского возраста Верхне-Возейского месторождения // Сб. науч. тр.: Актуальные проблемы геологии нефти и газа, - Ухта: УИИ,1995.-С.95-96.

8. Жемчугова В.А., Булгаков C.B., Зыков В.А., Скотников И.В. Генетические предпосылки построения петрофизических моделей. //Сб. науч. тр.: Моделирование геологических систем и процессов, - Пермь.: Перм.ун-т, 1996,- С.218-220.

9. Зыков В.А., Булгаков C.B. Роль, задачи и перспективы петрофизики в геоинформационной модели геологоразведочных работ (на примере Тимано-Уральского региона). //Сб. науч. тр.: Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях -Томск ,1996 - С.26-27.