книги / Физические свойства коллекторов нефти при высоких давлениях и температурах

ных для продуктивного пласта, при различных величинах порового

	рп (ом*м) при			сгэф (кгс/см2 )
	0	50		°эфн	' °эфн + 100
		При	t	= 22 °С
3 8 ,1		4 3 ,1		4 6 ,1 0	4 7 ,9
3 6 ,0		4 0 ,1		4 2 ,9 0	4 4 ,1 0
3 4 ,5		3 6 ,3		4 0 ,0	4 2 ,3
3 2 ,0		3 4 ,0		3 6 ,1	3 8 ,3 1
3 3 ,2		3 5 ,1		3 8 ,2	3 9 ,9
3 1 ,1		3 4 ,1 2		3 6 ,9 0	3 8 ,5 0
2 1 ,2		2 3 ,7 1		2 8 ,4 6	3 0 ,1 2
2 0 ,6		2 3 ,4		2 6 ,8	2 8 ,1 6
1 8 ,5		2 0 ,8 7		2 3 ,9	2 5 ,2 2
	7 ,9 3	9 ,6 2		1 1 ,2 5	12,5
	-	-		1 1 ,1 7	-
		При	/	:= 1 4 0 °С
	1 ,7 9	1 .85		2 ,1 0	2 ,3 3
	1,65	1 ,7 4		1,8 2	1 ,98
мости	пор, увеличивающихся с		ростом Ри, и удельного электриче­
ского	сопротивления,	уменьшающегося при увеличении Рп-

Остановимся на анализе возможных физических причин, вызываю­ щих отмеченные изменения деформационных и электрических свойств горных пород.

Первый эффект обусловлен ростом сжимаемости минеральных зе­ рен скелета и цементирующего вещества [2, 3], а также вызывае­ мыми высоким поровым давлением локальными нарушениями в

структуре пород (микротрещины,	раскрытие щелевых пор	и
т, д. ), по-разному реагирующими	на величину порового	давле­
ния [ 1].

Очевидно, что раскрытие ранее существовавших в структуре по­ род дефектов и образование новых должно повлечь за собой изме­ нение структуры и диаметров токопроводящих каналов. В рассмат­ риваемом случае влияние высоких поровых давлений, по-видимому, должно уменьшать извилистость каналов. На принципиальную воз­ можность дополнительного снижения ри под действием высоких поро­ вых давлений указывал ранее В.М. Добрынин [2], связывая эту воз-

Л * Ч * МтГ7.

Р и с. 1. Зависимость деформаций
(продольной	и радиальной
е2=3^ и Удельного электрическо­
го сопротивления	рп алевролита

( 1 0 Кр 7 4 ) от величины эффектив­ ного напряжения при разных поровых давлениях

Р и с . 2 . Удельное электрическое сопротивление алевролитов при разных поровых давлениях

1 - 1 0 Кр 7 4 ; 2 - 5 Кр 74

можность также с уменьшением извилистости токопроводящих кана­ лов в глинистых песчано-алевритовых коллекторах.

При проведении исследования была выявлена еще одна особен­ ность изменения электрических сопротивлений при высоких поровых давлениях - значительно меньшая дифференциация алевролитов, ар­ гиллитов и мергелей по величинам рп в пластовых условиях аэфц

по сравнению с атмосферными (аэф = 1 атм) при аномально-высо­ ких поровых давлениях. Если испытанные породы в атмосферных усло­ виях различались по значениям удельных электрических сопротивлений рп максимально на 94%, то в пластовых условиях (при а эфд)зна~ чения рп этих же пород изменяются всего на 74% .

Кстати, слабая дифференциация пород в разрезе кумской свиты по значениям рп отмечена и по данным промысловой геофизики.

Для установления характера деформированного состояния пород в призабойной зоне в процессе эксплуатации скважины с падением пластового давления представляют интерес измерения удельного электрического сопротивления при величинах эффективных напряже­ ний, больших типичных для пласта в момент его вскрытия

На рис. 1 приведены результаты замеров рц при <*эф >сгэф^ •

Они, как можно видеть, повторяют зависимости объемных деформа­ ций и позволяют определять величину напряжения, при котором в

породах начинают развиваться необратимые деформации <7эф . Не- *пр

обратимому уплотнению за пределом упругой устойчивости соответ­ ствует достаточно заметное повышение интенсивности роста рп > при этом часть прироста не восстанавливается при снятии напряжения, т.е. является необратимой.

Для испытанных существенно неоднородных по составу и стро­ ению коллекторов кумской свиты характерно незначительное превы­ шение предела упругой устойчивости над величиной эффективного напряжения на глубине залегания породы (на более 100 кгс/см ^), поэтому контроль за состоянием призабойной зоны очень важен (см. табл. 4, стр. 2 6 ). Использование этого эффекта перспективно для контроля за состоянием призабойной зоны в процессе разработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. П а в л о в а Н.Н. Деформационные и коллекторские свойства горных пород.

Л\.: Недра,	1Г)7Г>. 2 4 0 с.
2. Добрынин	В.М. Деформации и изменения физических свойств коллек­
торов нефти	и газа. М.: Недра,		19 7 0 . 2 4 0 с.
3. Авчян Г.Л1.. Физические		свойства осадочных пород при высоких давле­
ниях и температурах. М.:		Недра,	19 7 2 . 1 4 4 с.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОРИСТОСТЬ И УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ПОЛИМИКТОВЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

В. М. Ильин, В.П.Сонич, О. А. Черников

Снижение температуры до атмосферной при выносе керна на по­ верхность оказывает влияние как на физические свойства породооб­ разующих минералов, так и на структуру пород в результате теп­ лового сжатия минералов.

В последние годы проводятся исследования влияния пластовой температуры на пористость и удельное электрическое сопротивле­ ние пород. При этом, несмотря на большое количество данных, сви­ детельствующих о влиянии температуры на параметр пористости, в практик© интерпретации промыслово-геофизических наблюдений

этот фактор учитывается лишь при определении электросопротивле­ ния свободного электролита. Такая ситуация сложилась вследствие некоторой дискуссионности результатов, полученных разными иссле­ дователями. Противоречивость выводов объясняется либо различи­ ями литолого-коллекторских свойств исследуемых образцов, либо различиями в методике исследования.

Цель настоящей работы - сопоставление методики и результатов предыдущих исследований и выявление закономерностей изменения пористости и удельного электрического сопротивления от темпера­ туры для конкретных условий центральной части Западно-Сибирской низменности.

Продуктивные отложения рассматриваемой территории сложены преимущественно песчано-алеврито-глинистыми разностями пород полимиктового состава. Пластовая температура на глубинах до 3 0 0 0 м не превышает 8 0 - 1 10°С . При такой температуре физиче­

ские свойства многих веществ, в том числе породообразующих ми­ нералов, претерпевают изменения.

Как видно из табл. 1, значения коэффициентов объемного расши­ рения минералов существенно различны. Эти различия являются од­ ной из причин изменения структуры порового пространства при ох­ лаждении кернов, поднятых на поверхность. Наличие глинистого це­ мента приводит к снижению роли объемного расширения породообра­ зующих минералов в структурных изменениях пород от температуры, поскольку главная роль в этом случае принадлежит изменению объ­ ема глинистых включений. Наличие воды в структуре монтморилло­ нит-гидрослюдистых включений существенно повышает значения их теплового расширения.

Можно предположить, что снижение температуры до атмосферной приводит к некоторому увеличению объема пор за счет сжатия ске­ летной части породы, внутрипоровых обломочных и глинистых вклю-

Т а б л и ц а 1

Объемное расширение некоторых породообразующих минералов для указанных температур

Минерал		Увеличение		объема, %
	1 00°С				2 0 0 °С
Кварц *	0	,3 6		0 ,7 8
Полевые шпаты
микроклин	0	,1 2 8		0	,3 9	8
ортоклаз	0 ,0 4		9	0 ,1 5 5
плагиоклазы	0	,0 9 - 0 ,1 4		0	,2 3 - 0 ,3 6
кальцит	0 ,1 0		5	0 ,2 8		5

*Для кварца при 5 0 °С увеличение объема составляет 0,17% .

чений. При этом изменение объема пор за счет термического сжа­ тия скелетной части породы не повлечет за собой изменение коэф­ фициента пористости, так как одновременные изменения претерпе­ вает и объем породы в целом. Следовательно, увеличение коэффици­ ента пористости следует ожидать лишь при наличии в порах породы большого количества "свободных" минеральных и глинистых вклю­ чений.

По нашему мнению, однако, указанные изменения коэффициента пористости незначительны даже при большом содержании внутрипоровых включений. Так, можно подсчитать, что если принять содер­ жание "свободных" минеральных частиц и глинистых включений в коллекторе равным 30%, а коэффициент термического расширения

минералов 3,6* 1 0 -5	см/град, то уменьшение коэффициента пори­
стости породы (^Потк	= 25%) при‘нагревании до 1 0 0 °С произой­

дет примерно на 0,08% , Данный вывод подтверждается и экспери­ ментально.

На рис. 1 приведено сопоставление коэффициентов пористости, оп­ ределенных в нормальных условиях и при 8 0 °С . Измерение порис­ тости в обоих случаях производилось методом Преображенского на 4 0 образцах керна с различными литолого-коллекторскими свой­ ствами. В качестве насыщающей жидкости было выбрано трансфор­ маторное масло, имеющее высокую температуру кипения. Взвеши­ вание образцов при различных температурах осуществлялось на ана­ литических весах, оборудованных специальным .термостатируемым стаканом. Ошибки указанных* измерений находились в пределах точ­ ности метода определения открытой пористости при обычном подходе* Полученные результаты свидетельствуют о .несущественном из­ менении объемов пор и образца и неизменности значений коэффици-

				Р и с .	1. Сопоставление коэффи-,
				циентов открытой пористости
				^ потк	°^Разцов» определенных в
				нормальных условиях и при 8 0 ° С
				ентов	пористости при нагревании
				до 8 0 °С . Некоторый разброс эк-
				спериме.нтальньрс данных					находить­
				ся в пределах точности метода.
				Для определения пористости
				пород методами промысловой
				геофизики используют			зависи­
				мость пористости породы от па­
				раметра		относительного		сопро­
				тивления		(параметра	пористости)
				Рп . В практической интерпре­
тации обычно полагают, что параметр						пористости	осадочных
пород	не	зависит от	температуры.		Экспериментальная				провёр-
ка данного		предположения		проведена	несколькими исследовате-
лям1*	[ 1 - 1 0 ] . Однако,		как	уже отмечалось, различия				в	методи­

ческом подходе при проведении экспериментов И использование от­ личающихся по литологическим свойствам объектов исследования не позволили однозначно решить данную проблему.

Так, по данным [1 ], параметр пористости глинистых песчаников, насыщенных раствором NaCl с концентрациями О Д -3 н, при нагре­

вании до	8 0	°С остается неизменным. Аналогичный результат полу­
чен [2 ]	для	песчаников с высокой и средней пористостью. Рост

параметра пористости при повышении температуры наблюдается лишь в низкопористых образцах, насыщенных растворами NаС1 высокой минерализации (1 н, 5 н). Причина указанных явлений не вскрыта, однако исходя из общих представлений о природе проводимости влаж­ ных глинистых частиц, очевидно, что в породах указанного типа по­ ведение параметра пористости с ростом температуры должно быть иным. Необходимо отметить, что исследования [1, 2] выполнялись в образцах при внутрипоровом давлении, равном атмосферному; при этом в результате нагреваний неизбежно изменение влажности об­ разца за счет выделения растворенного в электролите воздуха в свободную фазу.

Наиболее полные сведения об изменении параметра пористости песчано-глинистых пород с ростом температуры изложены в рабо­ тах [ 3 - 9 ] . Исследователями получены результаты, указывающие на сложную зависимость удельного электросопротивления породы от температуры. Параметр пористости может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от коллекторских свойств, минерально­

го состава глин, концентрации солей в насыщающем растворе и диф­ ференциального давления.

Коллекторские свойства и минеральный состав глинистого це­ мента исследованных образцов различных месторождений (I—IV)

Пласт

А В4. —0ч

б в 2

БВюJLU

бв 8

ав 2

БС10JLU

БС6

				'Минеральный состав
	^	^пр> МД	с р л , %	глин *,	%
				С	Г	X	К
		I м е с т орож де]т е
	2 4 ,1	1 6 2	1 0,7	12	8	4 4	3 6
	2 3 ,3	6 2	10,6	6	10	6 6	18
	2 3 ,8	6 7 ,9	1 2 .6	12	12	5 2	2 4
	2 4 ,2	9 7 ,5	1 0,5	10	10	6 0	20
	2 1 ,4	3 5 ,4	7 ,2	6	14	2 8	5 2
	2 4 ,9	7 6 1	-
		И м е с т о р о ж д е н и е
	1 2 ,4	0 ,5	3 0 ,8	10	2 0	6 2	18
	11	0 ,2	2 4 ,6	2 4	18	5 2	6
	1 9 ,9	1 .4	—	16	8
	1 6 ,8	4 ,5	1 0,7			5 2	2 4
		III м е с т о р о ж д е н и е
	2 1 ,2	3 3 2	9	16	12	.36	36
	2 1 ,9	.4 5 4	8 ,9	16	12	36	3 6
	2 1 ,9	6 4 0	7 ,2	12	12	12	6 0
	2 3 , 2	3 6 6	1 0 ,8	12	12	4 2	3 4
		IV м е с т о р о ж д е н и е
	1 7 ,4	2 ,5	2 1 ,8	12	18	26	4 2

‘ Количественный рентгеноструктурный		анализ глин проведен
ЛЛ . Быковым (С -	смешанослойные;	Г - гидрослюда;- X - хло­
рит; К - каолинит).

На существенное увеличение параметра* пористости при повыше­ нии температуры указывают работы [ 7, 8]. Эти результаты получё­ ны на чистых кварцевых песчаниках или песчаниках с каолинитовым цементом.

Исследователями [3 - 6 ,9 ] показано, что изменение параметра пористости с увеличением’температуры определяется, с одной сто­ роны, изменениями объемной влажности и структуры (извилистости)

Р и с . 2. Относительное изменение .параметра пористости образцов с ростом температуры при различной минерализации насыщенного электролита NaCl

а -	образцы коллекторов II—III классов [1 1 ], 6 - образцы
IV—V	классов

Рис . 3. Относительное изменение параметра пористости образцов, насыщенных NaÇl, в зависимости от объемного содержания актив­ ных глинистых минералов

пор, способствующими увеличению парметра пористости, с другой - увеличением проводимости влажных частиц, приводящих к снижению параметра пористости.

В силу значительной сложности состава и строения коллекторов Западной Сибири, отличающихся повышенной глинистостью, полиминеральностью скелетной части и глинистой компоненты, широким диапазоном изменения коллекторских свойств, следовало ожидать значительных различий в величинах параметра пористости этих по­ род при различных температурах.

Для исследований была подобрана коллекция из 1 5 образцов гли­ нистых песчаников и алевролитов, отражающая большой диапазон изменения коллекторских свойств, глинистости и минерального сос­ тава цемента (табл. 2 ).

Перед опытами экстрагированные образцы рассаливали путем многократной промывки дистиллированной водой и высушивали.

Опыты проводили с образцами, последовательно насыщенными раствором NaCl с концентрациями 0 ,0 1 ; 0,1;* 0 ,3 ; 1 и Зн (в.по­ рядке возрастания концентраций). После проведения эксперимента при каждом значении минерализации образцы вновь рассаливались в дистиллированной воде и после высушивания насыщались раство­ ром более высокой концентрации.

Исследования проводили в измерительной ячейке, позволяющей создавать постоянное давление электролита в порах образца, рав­ ное 3 0 кг/см 2. Конструкция ячейки позволяла производить одно­ временное исследование пяти образцов с замером электросопротив­ ления по 2 - и 4-электродным мостовым схемам на частоте пере­ менного тока 1 0 0 0 Гц. Торцёвые электроды были выполнены из нержавеющей стали. Между ними и образцом помещали один-два слоя фильтровальной бумаги, насыщенной раствором той же мине­ рализации, что в образце. В пропилах на боковой поверхности обраэцов укрепляли проволочные измерительные электроды, расстоя­ ние между которыми соответствовало 1 /3 длины образцов.

Измерение электрического сопротивления производилось при тем­ пературе 20, 4 0 , 6 0 , 80°С , создаваемой водяным термостатом, после полной стабилизации температуры на каждой ступени.

Обобщенные в виде графиков результаты экспериментов приве­ дены на рис, 2, 3.

Эксперименты подтвердили вывод предшествующих исследовате­

лей [ 3 - 6 ] о сложном характере	изменения параметра пористости
с увеличением температуры. Так, параметр пористости в сравни­
тельно малоглинистых коллекторах II-III классов [11] увеличивает­
ся практически при всех минерализациях электролита в порах об­
разцов. Исключение составляет	лишь минерализация 0 ,0 1 н, где па­
раметр пористости уменьшается	(см. рис. 2 ). Иная картина наблю­
дается в сильноглинистых коллекторах IV -V классов. В этом случае
Рп увеличивается для образцов,	насыщенных 3 н раствором NaC!.
При остальных минерализациях раствора Рп уменьшается.
Как уже замечено ранее [4],	наиболее интенсивное изменение
рп в образцах, насыщенных высокоминерализованными растворами,
наблюдается до 4 0 - 5 0 °С , при ее дальнейшем повышении изменения

рп становятся незначительными.

Изменение Ри образцов контролируется концентрацией насыщаю­ щего раствора. Так, при 0 , 0 1 н концентрации раствора для всех об­ разцов при их нагревании наблюдается снижение рп. Для образцов высоких классов проницаемости (II-III классы [1 1 ]) переходная об­ ласть от снижения к увеличению Рп наблюдается в пределах 0 ,0 5 - ОД н.Для более глинистых коллекторов указанная область значи­ тельно шире - 0 , 1 - 1 ,5 н.

Поведение рп с ростом температуры объясняется с позиций, из­ ложенных в работах [3 -6 ]. При низких минерализациях электролита в порах образца значительный вклад в изменение параметра порис­ тости с ростом температуры вносит эффект увеличения проводимости глинистых частиц, приводящий к снижению Рп• При этом наблюдает­ ся значимая связь изменения рп с коэффициентом открытой порис­ тости, который в свою очередь определяется глинистостью коллек­ тора. Для пород-коллекторов Западной Сибири с уменьшением по­ ристости наблюдается тенденция к увеличению электрохимической активности породы не только за счет увеличения общей глинисто­ сти, но и вследствие увеличения содержания электрохимически ак-

Р и с . 4. Зависимость относительного изменения параметра порис­ тости от концентрации раствора, насыщающего породы

Образцы: 1 - II —III класса [11] ; 2- IV—V класса

тивных глинистых минералов типа гидрослюды, смешанослойных об­ разований, а в ряде случаев и монтмориллонита (см. табл. 2 ). При этом известно, что уменьшение рп при нагревании характерно для глинистых минералов, имеющих высокую электрохимическую актив­ ность. Следовательно, присутствие таких минералов в породе нак­ ладывает существенный отпечаток на характер изменения рп образ­ цов в целом. В качестве иллюстрации этого на рис. 3 представлены зависимости изменения Рп образцов Среднего Приобья при их наг­

ревании до	8 0 °С от коэффициента объемного содержания активных
глинистых	минералов: АГаг = Сгл(1 - ^ п)^аг/^ г , где Сгл - весовая

глинистость; ^аг/Уг - относительное содержание глинистых мине­ ралов типа гидрослюда-монтмориллонит в общем объеме глин, опре­ деляемое по данным количественного рентгеноструктурного ана­ лиза.

Влияние аномальной проводимости влажных глинистых частиц при высоких минерализациях незначительно, поэтому в данном случае общая проводимость породы определяется главным образом проводи­ мостью свободного раствора. Об этом свидетельствует выполаживание зависимости относительного изменения параметра пористости от минерализации при нагревании до 8 0 °С . По мере разбавления растворов увеличивается толщина двойного электрического слоя, ано* мальные свойства которого приводят к увеличению проводимости по­ роды при повышении температуры. Этим объясняется связь измене­ ния Рп с минерализацией, которая прослеживается в полученных результатах (см. рис. 2 , 3 ) .