Выявление петрофизических зависимостей и их использование при геологическом моделировании

Курсовая работа

Выявление петрофизических зависимостей и их использование при геологическом моделировании

Введение

петрофизика геологический технологический

Петрофизика (греч. petra - камень+греч. physics - природа), т.е. «физика камня» или физика горных пород - это наука о свойствах горных пород как функций их состава и структуры, об изменении этих свойств под воздействием геологических, физико-химических или технологических факторов, а также о взаимосвязях между физическими свойствами пород.

Предметом (или объектом познавательной деятельности) в петрофизике является горная порода, ее литологические и физические свойства.

Задачи петрофизики - это определение изменения физических свойств горных пород в зависимости от:

литологических характеристик;

условий исследования (пластовых или атмосферных);

изменения литологических свойств под воздействием скважинных флюидов.

Методами петрофизических определений, т.е. системой приемов и способов в исследовательской деятельности, являются экспериментальные методы определения физических свойств и математические методы анализа получаемых данных.

Согласно Б.Н. Еникееву в своем развитии петрофизика прошла несколько

этапов.

. Изучение взаимосвязей между вещественным составом и физическими

свойствами пород.

. Построение модели коллектора с учетом глинистой компоненты как особо активной составляющей горной породы.

. Широкое применение линейно-регрессионного анализа.

. Поиск универсальных многомерных связей.

. Изучение характера физико-химического взаимодействия в системе порода-вода-углеводороды.

. Поиск методов учета факторов, характеризующих геометрию и индивидуальные свойства составляющих горные породы и изменения этих свойств при взаимодействии различных составляющих.

Место и задачи петрофизики.

В настоящее время в России начал складываться новый рынок петрофизических услуг. Он развивается по нескольким направлениям:

. Обоснование параметров для подсчета запасов (традиционное направление).

. Обеспечение петрофизических связей для интерпретации расширенного

комплекса ГИС.

. Обеспечение параметров для построения постоянно-действующих трехмерных геологических и гидродинамических моделей месторождения (ПДМ).

. Поиск способов повышения нефтеотдачи пластов.

. Изучение влияния различных буровых растворов, жидкостей глушения на изменение коллекторских свойств пород и др.

Петрофизическая модель представляет собой математическое описание объемного распределения пористости, проницаемости и флюидонасыщенности коллекторов в пределах резервуара, основанное на данных непосредственных или косвенных определений указанных физических свойств по конкретным типам горных пород. Как известно, существует три главных источника информации о петрофизических параметрах коллекторов и, в частности, их фильтрационно-емкостных свойствах:

- лабораторные исследования керна скважин, в результате которых возможно получение непосредственных определений интересующих нас параметров (с учетом или без учета пластовых условий);

- геофизические исследования скважин комплексом методов, интерпретация которых позволяет получить вероятностные оценки тех же величин (в рамках принятых интерпретационных моделей методов ГИС);

- детальные 3-D сейсмические исследования, позволяющие при благоприятных условиях оценить пространственное распределение пород с улучшенными коллекторскими свойствами.

Изучение методов комплексного оперативного анализа данных лабораторного изучения керна и геофизических исследований скважин используется для решения следующих задач:

расчленения литологического разреза скважин;

выделения пластов-коллекторов и оценки типа насыщения;

определения глинистости коллекторов;

количественного определения ФЕС (коэффициентов пористости, проницаемости, нефте- и газонасыщенности);

определения положения флюидоконтактов.

1. Петрофизическое обеспечение интерпретации данных комплекса ГИС

Наиболее надежную информацию о фильтрационно-емкостных и физических свойствах пород можно получить, только изучая образцы керна. Но осуществить бурение каждой скважины со 100% выносом керна практически не удается и экономически нецелесообразно. В связи с этим в практике проведения геологоразведочных работ принята следующая схема: на этапе поиска и начальной стадии разведки месторождения на основании проведенных региональных работ проводится отбор керна из потенциальных пластов-коллекторов; на этапе разведки и эксплуатации керн отбирается только из специально выбранных опорных скважин, а основная масса скважин бурится без отбора керна. Таким образом, на месторождении керном представлены только ограниченное число точек пластопересечений, а основной объем информации залежи получается при интерпретации данных ГИС.

Коллекция керна используется для настройки системы перехода от физических свойств пород, определяемых в результате проведения ГИС, к геологическим параметрам.

ГИС, в основном, используются при разведке и эксплуатации месторождения для решения двух технико-экономических задач:

. оперативной интерпретации с целью принятия решения о дальнейшем функционировании скважины: спускать ли обсадную колонну, проводить ли перфорацию и т.д.;

. подсчета геологических и извлекаемых запасов углеводородов.

Для решения вышеперечисленных задач по материалам ГИС производят:

литологическое расчленение разреза, корреляцию разрезов скважин, идентификацию в разрезе изучаемой скважины стратиграфических горизонтов, выделенных в опорных скважинах, и определение границ этих горизонтов;

выделение в разрезе коллекторов;

определение их характера насыщенности;

расчет в коллекторах коэффициентов пористости (К_п), нефте-газонасыщенности (К_нг), проницаемости (К_пр);

определение межфлюидальных контактов, нефте-газонасыщенных толщин;

определение пластовых температур и давлений.

При подсчете запасов необходимо выработать методику интерпретации данных ГИС. Создание методики может носить итеративный характер и состоит, как правило, из следующих шагов:

. Создание тестовой выборки данных ГИС, (скважины с керном, испытаниями).

. Привязка керна.

. Уточнение минерального состава, констант, связей «керн-керн» по пластам, критических значений величин.

. Установление связей «керн-ГИС».

. Проведение обработки данных ГИС по тестовой выборке:

литологическое расчленение разреза;

выделение пластов-коллекторов,

определение их эффективной толщины;

определение их характера насыщения;

определение значений коэффициентов пористости, проницаемости и нефтенасыщенности.

. Сопоставление результатов интерпретации материалов ГИС с данными исследований керна, испытаний, эксплуатации. Выбор оптимальных алгоритмов, обеспечивающих наиболее достоверную интерпретацию как в скважинах с расширенным комплексом ГИС, так и со стандартным (обязательным).

. Оценка достоверности результатов. В случае плохой сходимости данных керна и ГИС необходимо разобраться в причинах расхождений и, возможно, пересмотреть зависимости, константы, критические значения.

К обработке всех скважин приступают только после создания методики.

2. Связь между ГИС и петрофизическими исследованиями

При геофизических исследованиях производятся измерения физических полей. С помощью связей «керн-керн», «керн-ГИС», «ГИС-ГИС», полученных на основе петрофизической информации проводится интерпретация данных ГИС, то есть получение на основе измеренных геофизических параметров информации о минеральном составе, пористости, насыщенности пород. Схема, поясняющая взаимодействие между свойствами горной породы, лабораторными характеристиками, геофизическими параметрами, объясняющая суть интерпретации ГИС, приведена на Рис. 1

Рис. 1 Схема взаимодействия между свойствами горной породы, ее лабораторными характеристиками и геофизическими параметрами

При интерпретации данных ГИС необходимо использовать петрофизические зависимости, включающие петрофизические константы (коэффициенты в уравнении Арчи-Дахнова, водородосодержание глин, плотности минералов, интервальное время и т.д.) и информацию о минеральном составе.

При интерпретации данных ГИС необходимы, как правило, следующие петрофизические данные по каждому продуктивному пласту:

модели).

. Связь для расчета глинистости:

∆I_гк = f(С_гл).

α_пс = f(К_гл).

α_пс = f [К_гл / (К_гл + К_п)].

. Для расчета пористости:

Связь DT=f(К_п) (для расчета пористости по АК).

Связь δ=f (К_п) (для расчета пористости по ГГК).

Связь α_пс=f (К_п) (для расчета пористости по ПС).

Данные по водородосодержанию глин (для расчета пористости по нейтронным методам).

. Критерии выделения коллектора и критические значения

Граничное значение α_пс, К_п, К_гл.

. Для расчета коэффициента водонасыщенности:

Связь P_п= f(К_п).

Связь P_н= f(К_в).

. Для расчета проницаемости:

Связь К_пр = f(К_п).

Связь α_пс = f(К_пр).

Связь К_во = f(К_пр).

. Для расчета К_{п эф} = К_п(1-К_ов)

Связь К_ов=f(К_п) или К_ов=f(К_гл/К_п).

. Построение петрофизических связей

Итак, на основе данных исследования керна устанавливаются связи типа:

«керн-керн»

«керн-ГИС».

Петрофизические связи должны строиться раздельно для каждого объекта подсчета запасов. Возможно использование обобщенных связей для нескольких подсчетных объектов; при этом необходимо специальное обоснование такой возможности.

Для установления связей типа «керн-керн» точная привязка керна не требуется. Достаточно проиндексировать данные керна по принадлежности к стратиграфическим пластам.

Следует помнить, что при сравнении данных по керну и по ГИС данные керна следует приводить к условиям, имитирующим пластовые. Как правило, основной объем исследований керна выполняется в атмосферных условиях. Для приведения данных керна к условиям, имитирующим пластовые, следует:

Сопоставить данные измерений в пластовых и атмосферных условиях;

Получить соответствующую зависимость;

Привести данные измерений в атмосферных условиях к условиям, моделирующим пластовые по полученной зависимости

Очень важно, чтобы измерения, выполненные в различных лабораториях с использованием различных методик и подходов, на разном оборудовании, разными операторами, не имели систематических различий. При обнаружении систематических расхождений в данных необходимо проанализировать причины расхождений, найти объяснение и отбраковать / откорректировать недостоверную информацию.

4. Связи типа «керн-керн»

Наиболее надежные связи между различными характеристиками горной породы получаются при построении зависимостей типа «керн-керн». При этом желательно получать их для каждого литотипа в отдельности. Эти зависимости позволяют переходить от геофизических параметров к геологическим, например, от плотности к пористости, от интервального времени пробега продольной волны к пористости и др. В практике построения таких связей обычно используются двумерные функции. Наиболее важные двумерные связи строятся по кроссплотам между электрическими характеристиками породы, с одной стороны, и ее пористостью и водонасыщенностью, с другой. Обычно для построения этих зависимостей используются степенные уравнения Арчи-Дахнова.

Удельное сопротивление породы (ρ_ВП), обладающей межзерновой пористостью, при 100%-ном заполнении пор водой удельного сопротивления ρ_В, оценивается соотношением:

ρ_ВП = Р_п * ρ_В,

где Р_п - параметр пористости.

Первое уравнение Арчи-Дахнова определяет связь между параметром пористости (Р_п) и коэффициентом пористости (К_п) как степенную зависимость:

где A и m - константы для данного узкого типа породы. Структурный показатель m характеризует крутизну кривой и зависит от степени цементации и ряда факторов, связанных с изменением типа, возраста и условий залеганий горных пород.

На рисунке 2 приведены кроссплоты между Р_п и К_п и остаточной водонасыщенностью (К_ов) и К_п для трех литологических разностей Васюганской свиты Вартовского свода Вань-Еганского месторождения: слабозаглинизированных песчаников, аргиллитов и карбонатизированных песчаников. Литологические разности были выделены по макроописанию пород, петрографическим описаниям шлифов, определению содержания карбонатов в карбонатометре и количеству глинистых минералов, оцененному по рентгенофазовому анализу. Подтверждением разделения всей совокупности данных на три литологические разности является разделение кроссплота на три области. Область с пористостью ниже 0.04 долей соответствует песчаникам с поровым пространством, полностью заполненным вторичными минералами карбонатного ряда: кальцитом, доломитом. Область с пористостью 0.06 - 0.12 и остаточной водонасыщенностью близкой к 1, соответствует аргиллитам. Породы с пористостью более 0.14 - песчаники с небольшой долей глинистых минералов в межзерновом пространстве.

Рис. 2 Кроссплоты Р_п - К_п и К_ов - К_п трех литологических разностей Васюганской свиты Вартовского свода Вань-Еганского месторождения

Построение единой зависимости по уравнению между параметром пористости и коэффициентом пористости для всех литологических разностей приведет к некорректной интерпретации данных электрометрии скважин. Поэтому зависимости должны строиться для каждой литологической разности отдельно. В принципе построение зависимостей надо проводить индивидуально для каждого литотипа. На рисунке 3 приведена зависимость, построенная только для песчаников.

Стандартная процедура построения зависимостей ориентируется на измерения, проводимые в лабораторных (t=20^oC и Р=1 атм) или атмосферных условиях, однако при переходе от пластовых к атмосферным условиям меняются все петрофизические характеристики (К_п, ρ_ВП, ρ_В и др.). Поэтому необходимо проводить исследования в пластовых условиях. При невозможности исследовать все образцы в пластовых условиях, проводятся исследования на ограниченной коллекции керна и в пластовых и в атмосферных условиях, и строится система перехода от атмосферных к пластовым условиям (см. Рис. 4).

Рис. 3 Зависимость Р_п от К_п для песчаников васюганской свиты верхнеюрского возраста вартовского свода месторождения Вань-Еган

Для расчета насыщенности породы углеводородами используются данные о сопротивлении неизмененной за счет внедрения фильтрата бурового раствора части коллектора. Для этого строится зависимость коэффициента увеличения сопротивления (Р_н-параметр насыщенности) от коэффициента водонасыщенности (Кв), измеренных на нескольких образцах путем ступенчатого вытеснения воды из пор либо методом капиллярометрии, либо центрифугированием.

Расчет параметра насыщения ведется по формуле:

Р_н = ρ_П/ρ_ВП,

где ρ_П - удельное электрическое сопротивление пласта, определяемое по каротажу.

Эксперименты показали, что для получения такой зависимости для некоторых литотипов можно проводить не ступенчатое вытеснение воды из образца, а практически полное вытеснение с помощью центрифуги. На Рис. 5 приведен пример зависимости коэффициента увеличения сопротивления

(Рн-параметр насыщенности) от коэффициента остаточной водонасыщенности (К_ов) для песчаников васюганской свиты верхнеюрского возраста вартовского свода месторождения Вань-Еган.

5. Связи типа «керн-ГИС»

Для построения такого типа связи необходимо увязать глубины отбора образцов керна и измерений ГИС.

Данные привязанного керна могут быть использованы для контроля качества ГИС.

Способы контроля достоверности интерпретации данных ГИС по керну:

. Сопоставление параметров по ГИС и керну на кроссплоте (керн должен быть привязан).

. Сопоставление распределений параметров по ГИС и по керну (привязка керна не обязательна).

. Сопоставление параметров на планшете (керн должен быть привязан).

Заключение

При сопоставлении результатов по пластовой интерпретации данных ГИС производится осреднение значений по керну в интервалах выделенных пропластков.

При анализе достоверности интерпретации следует учитывать представительность данных керна. Так, формы распределений параметров по керну и ГИС могут не совпадать из-за особенностей выноса керна и отбора образцов на анализ.

В данном примере формы распределений не совпадают из-за пониженного выноса керна из интервалов хороших коллекторов.

Литература

1. Дюбрул О. Использование геостатистики для включения в геологическую модель сейсмических данных. EAGE, 2010.

. Елобогоев А. Гипотеза стационарности в геостатистике и ее формы: к вопросу о применении геостатистических методов на практике. Новосибирский региональный центр геоинформационных технологий

. Капутин Ю.Е. Горные компьютерные технологии и геостатистика. СПб, Недра, 2008.

. М.К. Иванов, Ю.К. Бурлин, Г.А. Калмыков, Е.Е. Карнюшина, Н.И. Коробова. Петрофизические методы исследования кернового материала, 2009