Способ определения трещинной емкости коллектора

Способ определения трещинной емкости коллектора относится к области геологоразведки и может быть использован в нефтяной, рудной и гидрогеологии для подсчета запасов флюидных полезных ископаемых и металлоносных геотермальных залежей. Сущность предлагаемого способа заключается в независимом определении известными в геологии методами объема пород в пределах складчатой структуры, формирующей коллектор, радиуса кривизны складки, мощности отложений в складке, предела упругости, коэффициента упругости, а также коэффициента пустотности пород в объеме коллектора, геостатического давления на свод складки и определении по этим данным коэффициента трещиноватости, а затем и трещинной емкости коллектора. Технический результат: повышение точности оценки запасов месторождений нефти и газа. 2 ил.

 

Изобретение относится к определению емкостных свойств флюидных коллекторов трещинного типа и может быть использовано в нефтяной, рудной геологии и гидрогеологии для подсчета запасов флюидных полезных ископаемых и металлоносных геотермальных залежей. Более всего способ применим в нефтяной геологии.

В монолитных плотных породах (чаще известняках) нефть и газ содержатся не в межзерновых порах по причине их изолированности и малых размеров, а в трещинах (макро и микро) преимущественно тектонического происхождения, которые являются основным природным резервуаром аккумуляции и фильтрации углеводородного флюида. Примеров приуроченности нефти и газа к чисто трещинному типу коллекторов немало. Они типичны, например, для месторождений УВ в карбонатных отложениях верхнего мела Северного Кавказа (Дагестан, Чечня).

Известны способы определения трещинной емкости, количественно характеризующейся коэффициентом трещиноватости Кт, по данным больших шлифов, промысловых исследований скважин, а также геофизических исследований скважин (ГИС).

Недостатком способа больших шлифов является их малая информативность из-за несопоставимости площади шлифов с площадью объемов пород (даже продуктивной их частью в пределах залежи), и, кроме того, шлифы изготовляются из целостных разностей образцов пород кернов скважин и, естественно, крупные (макро) трещины остаются вне поля зрения.

Недостатком способа по данным промысловых исследований является низкая точность результатов определения. Расхождение величины определения коэффициента трещиноватости одного и того же объекта по различным модификациям способа достигает двух и более порядков. Способ, связанный со скважинными исследованиями, - дорогостоящий.

Недостатком способа по данным ГИС является статистический характер: чем больше скважин и интерпретируемых интервалов, тем результаты оценки коэффициента трещиноватости более достоверны. Способ предполагает обработку обширного массива цифровой информации по большому количеству разведочных скважин, что на ранней стадии разведки, когда особенно необходимы сведения о величине трещиноватости, получить невозможно. Кроме того, способ сложный и дорогостоящий.

Предлагаемый способ применим на ранней стадии разведки, отличается простотой обработки данных, минимальными финансовыми затратами.

Основная посылка способа - увеличение объема первоначально горизонтально залегающего пласта (толщи) при изгибе в складку за счет трещин растяжения (Фиг.1). Это позволило схематизировать процесс образования локализованной трещиноватости за счет складчатой деформации и представить на модели идеализированной складки литологически однородного слоя, обладающего хрупкой деформацией. Теоретический расчет приращения объема слоя толщи при изгибе в складку дает ключ к определению коэффициента трещиноватости.

Как видно из рисунка (Фиг.1), первоначальный объем слоя V=ABH при изгибе вдоль линии А (большая ось складки) изменится на величину ΔV=V¹-V, где V¹ - объем слоя после деформации. Если условно принять изгиб слоя в пределах полукруга, то V¹=[πR² _к-R² _п)/2]·B, где R_к, R_п - радиусы изгиба кровли и подошвы слоя в линейных единицах. Ввиду практической несжимаемости плотных монолитных пород А=аа¹=ΔV=const и Н=const (мощность слоя) V=πR_пBH. Сделав ряд преобразований, получим ΔV=πВН²/2. Коэффициент трещиноватости (К=ΔV/V¹) от изгиба слоя только в одной плоскости (по линии А) будет равен К_т1=Н/R_к+R_п.

Аналогично рассчитывается К_Т2 от изгиба слоя по линии В.

Общий коэффициент определяется как сумма коэффициентов, подсчитанных во взаимо перпендикулярных сечениях:

Кт_(Сум.)=К_Т1+К_Т2.

Переход от идеальной складки к реальной осуществляется через поправочные коэффициенты за реальные условия, при обосновании которых использованы фундаментальные положения тектонофизики и горной механики. В частности, для приближения модели к естественным условиям были учтены особенности складчатой деформации (появление пластических свойств горных пород), обусловленные физико-механическими свойствами реальных пород при всестороннем сжатии (эффективные напряжения), вызванные действием геостатических нагрузок. Поскольку эффективные нагрузки связаны с геостатическими линейной зависимостью, то для определения меры пластичности пород предлагается выражение

где Р_max - максимальное значение геостатического давления, при котором еще сохраняются упругие свойства пород, Р_св - геостатическое давление на свод складки.

Величина этого выражения меняется от 0 до 1 и определяет меру растрескивания пород при прочих равных условиях в зависимости от глубины формирования складки. Максимальная локальная трещиноватость будет возникать в толщах, не испытавших в процессе складкообразования значительных нагрузок за счет веса вышележащих толщ. Погребенные складки на большую глубину (для различных пород разная глубина) могут не иметь трещиноватости из-за пластических деформаций.

Кроме того, в качестве поправок за реальные условия введены коэффициенты, учитывающие изменение объема слоя при складчатых деформациях без механического нарушения сплошности пород за счет упругих свойств (К_упр.), а также долю трещин, не заполненных (открытых) минеральным веществом (К_пуст.). Поскольку для реальных антиклинальных складок, содержащих массивные залежи УВ, мощность продуктивного интервала (слоя) намного меньше радиуса кровли слоя (Н≪R_К), можно принять R_К≈R_П, и тогда аналитическая формула определения средней величины коэффициента трещиноватости для реальных условий примет общий вид:

Для практического определения коэффициента трещиноватости в процентах m_тр1=К_Т1·100% на базе основной части формулы (1) (без поправочных коэффициентов К_упр, К_пуст) составлена палетка (Фиг.2). При построении палетки использована обратная величина радиусу кривизны - кривизна . Таким образом, предлагаемый способ оперирует легко доступными параметрами: радиусом кривизны складки, рассчитанным по формуле ,

где L - соответствующая ось складки,

h - высота складки по последней замкнутой изогипсе (по аналогии с длиной и высотой сегмента окружности),

мощностью пласта и глубиной его погружения. Значения данных параметров легко определяются по структурной карте, профилям, результатам стандартного каротажа.

Пример определения К_т по палетке. Площадь Хошмензил (Дагестан) характеризуется следующими параметрами: малая ось складки L₁=2 км, большая - L₂=8,5 км, высота структуры h=0,3 км; радиус кривизны кровли верхнего мела по малой оси R₁=1,66 км, по большой - R₂=30,1 км; соответственно кривизны K₁=0,6 1/км, К₂=0,03 1/км; глубина погружения свода - 0,25 км, мощность - 0,1 км.

От значения 0,6 (k₁) восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с пунктирной линией 0,1 км (мощность), от точки пересечения параллельно оси абсцисс проводим линию до пересечения со сплошной линией - 0,25 км (глубина) и восстанавливаем перпендикуляр на ось абсцисс - получим значение трещинной емкости m_тр в % (2,9); величину 2,9 последовательно умножаем на значения коэффициентов К_упр, К_пуст (0,75, 0,52) (лабораторные данные) m_тр1=К_Т1·100%=2,9·0,75·0,52=1,13% (за счет деформации вдоль малой оси). Аналогично определяется m_тр2=0,05% (деформация вдоль большой оси). Общее значение m_тр(1+2)=1,13+0,05=1,18% или К_т(суммарный)=0,0118.

Предлагаемый способ апробирован автором на полностью выработанных месторождениях и дал хорошие результаты. Его широкое использование позволит уменьшить расходы на разведку флюидных месторождений и повысить точность оценки их запасов.

Способ определения трещинной емкости коллектора, отличающийся тем, что известными в геологии методами определяют параметры флюидосодержащей складки (коллектора): объем V¹, мощность Н, радиус кривизны R_к, предел упругости Р_max, коэффициент упругости К_упр и коэффициент пустотности К_пуст пород в объеме коллектора, геостатическое давление на свод складки Р_св, по формуле

определяют коэффициент трещиноватости пород в объеме коллектора и по формуле ΔV=К_Т·V¹ определяют трещинную емкость коллектора.