К оглавлению

©Д.А. Асташкин, 2005

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ С ЛЕГКОРАСТВОРИМЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

Д.А. Асташкин (ВНИГНИ)

Вопрос изучения и оценки эффективных параметров пород, в которых содержатся легкорастворимые компоненты, является сложным и актуальным (Методические рекомендации по подсчету геологических запасов нефти и газа объемным методом / Под ред. В.И. Петерсилье, В.И. Пороскуна, Г.Г. Яценко. - М. - Тверь: ВНИГНИ, НПЦ Тверьгеофизика, 2003.). Особенно это касается пород-коллекторов, расположенных на Восточно-Сибирской платформе. Попытаемся осветить проблему разработки методики определения коллекторских свойств пласта, представленного подобными породами.

Проблеме исследований объектов с такой характеристикой посвящено достаточно большое число работ. Не вдаваясь в их детальное рассмотрение, необходимо отметить, что существуют различные точки зрения на образование легкорастворимых компонентов в породах даже для одних и тех же объектов. В большинстве случаев под данными компонентами подразумевают соль (NaCl), однако нельзя отрицать возможности растворения и других неустойчивых минералов (гипс, ангидрит).

Образование соли в породе может происходить двумя путями.

Первый, когда соль является цементирующим веществом, образованным либо под воздействием вторичных процессов при диагенетических или эпигенетических преобразованиях осадка, либо в результате других факторов, действующих при формировании породы. Важно, что в этом случае растворимый компонент - часть породы в ее естественном состоянии in situ.

При втором варианте многие исследователи допускают техногенное засолонение пород. Вполне вероятно, что происходят выпадение и кристаллизация солей, обусловленные изменением термодинамических условий при смешении фильтрата бурового раствора с пластовыми водами и подъёмом керна. Этот вариант также нельзя не рассматривать, особенно если учесть, что минерализация пластовой воды для ряда месторождений высокая и зачастую составляет более 300-400 г/л.

Оба эти варианта, естественно, не взаимоисключающие, однако могут проявляться как отдельно, так и одновременно. Принципиальное отличие двух типов засолонения заключается в том, что в первом случае соль является частью скелета породы, а во втором ее наличие обусловлено техногенным фактором, изменяющим естественное состояние породы.

При исследовании засолоненных разностей основной задачей является необходимость сохранить породу в ее естественном состоянии, однако в лабораторных условиях эта задача часто трудно решаема. На современном этапе не существует методик и технологий, позволяющих удалить техногенную соль, не затрагивая при этом "скелетную".

Породы-коллекторы парфеновского горизонта Ковыктинского месторождения - тот объект, для которого актуальна проблема исследований засолоненных пород. Ковыктинское газоконденсатное месторождение расположено в Жигаловском районе Иркутской области в 350 км северо-восточнее Иркутска. Газонасыщенная залежь месторождения связана с продуктивными песчаниками парфеновского горизонта нижнемотской подсвиты нижнего кембрия. Минерализация пластовой воды составляет в среднем 344 г/л.

Породы продуктивного горизонта Ковыктинского месторождения по результатам исследований в петрофизической лаборатории ВНИГНИ были дифференцированы на два типа, различающихся фильтрационно-емкостными и физическими свойствами (Асташкин Д.А., 2004). В основу дифференциации по материалам ГИС были положены характерные показания ГК, которые четко разделяют пласт на верхнюю (I) и нижнюю (II) пачки (рис. 1).

По данным исследования спектральной гамма-активности образцов керна повышенные значения для пород II пачки обусловлены увеличением доли спектра К⁴⁰ и связаны с изменениями количественного минерального состава цементирующего материала по сравнению с породами I пачки.

Породы, относящиеся к I пачке, представлены мелко-среднезернистыми песчаниками, сортированными, с хлоритовым цементом крустификационной структуры и небольшим количеством сульфат-доломитового цемента порового типа, породы II пачки - средне-мелкозернистыми песчаниками, сильноалевритистыми и слабосортированными с большим количеством глинистого и карбонатного цемента порового и базального типов.

Весь ранее исследованный керн по этому месторождению был отобран из скважин, пробуренных с использованием слабосоленых растворов на водной основе. Керн соответственно подвергался определённой отмывке, которая нарушала не только естественную насыщенность, но и вносила некую неоднозначность в вопрос сохранения естественного ненарушенного состояния скелета породы. В связи с тем, что учесть степень измененности состава породы нельзя, исследования проводились по стандартной методике, общепринятой для разностей, не содержащих легкорастворимых компонентов. Особых затруднений при исследовании керна не возникало, кроме того, что по результатам рентгено-структурного анализа и исследований на растровом электронном микроскопе отмечалось присутствие в породе галита (NaCl).

В 2004 г. на Ковыктинском месторождении была пробурена скважина на известково-битумном растворе и отобран герметизированный керн. Таким образом, была получена уникальная возможность исследовать непромытую водой породу с сохраненной естественной водонасыщенностью.

Первоначально было проведено определение остаточной водонасыщенности прямым экстракционно-дистилляционным методом. Полученный объем воды в аппарате Закса относился к объему пор образца, который не подвергали отмывке. Затем эти же образцы, насыщенные моделью пластовой воды с минерализацией 344 г/л, были помещены в камеры группового капиллярометра. Таким образом, были получены данные по остаточной воде для одного и того же образца, определенные двумя методами: прямым и полупроницаемой мембраны. Результаты сравнения показали, что расхождение между двумя методами очень большие (см. рис. 1). И самое главное, практически во всех случаях остаточная водонасыщенность, определённая прямым методом (К_ов.пр), превышает значения остаточной водонасыщенности, вычисленной косвенным методом (Ков.косв). Исходя из теоретических положений и многолетнего практического опыта сравнения этих двух методов, необходимо отметить, что такая картина возможна только для водонасыщенных или переходных зон и то с наименьшим отклонением. Как правило, значения К_{ов.косв} превышают К_{ов пр}.

Итак, если принять как аксиому, что исследуемый пласт расположен высоко над контактом, бурение осуществлялось на известково-битумном растворе, герметизация образцов проведена качественно и своевременно, результаты лабораторных исследований не превышают допустимых погрешностей, то возникает вопрос, почему подобное происходит и как этого избежать в дальнейшем?

После завершения капиллярометрических исследований на образцах в присутствии остаточной воды определялась эффективная проницаемость (К_{пр эф}). При сравнении К_{пр эф} с абсолютной газопроницаемостью по сухим образцам выяснилось, что в некоторых случаях наблюдается превышение К_{пр. эф} над К_пр (см. рис. 1). Подобное возможно только в случае, если структура порового пространства пород в процессе проведения капиллярометрических исследований существенным образом изменилась.

Для изучения этого эффекта на предварительно отмытых дистиллированной водой образцах были проведены повторные определения пористости (Кп) и проницаемости (К_пр). При сопоставлении К_п и К_пр, определенных на отмытых и неотмытых образцах, существенные расхождения наблюдаются только в интервале глубин 3322-3324 м. Для пород из этой зоны также характерно увеличение плотности после отмывки с 2,57 до 2,67 г/см³ (см. рис. 1). Исходя из полученных данных, можно предположить, что процесс растворения оказал существенное влияние только на некоторые разности песчаников. Вероятно, именно эти разности содержат соль, входящую в скелет породы. Это предположение можно подкрепить следующим. Ранее при капиллярометрических исследованиях некоторых образцов из скважин, пробуренных на РВО, была получена очень низкая остаточная водонасыщенность - 0,8 %. При последующей отмывке в дистиллированной воде эти образцы рассыпались. Данные разности также были отобраны в зоне неоднозначности между двумя выделенными интервалами. Таким образом, можно предположить, что для пород выделенного межпластового интервала характерно наличие легкорастворимых компонентов, входящих в скелет породы.

Изучение песчаников в других частях разреза не выявило значительных расхождений фильтрационно-ёмкостных свойств, т.е. растворимость, по всей видимости, не оказывает существенного влияния на структуру порового пространства этих пород.

Теперь, зная, что расчет остаточной водонасыщенности на объем пор образцов с солью даёт неадекватные результаты, необходимо ввести некоторые поправки. Введение поправок за соль в К_ов, определённом прямым и косвенным методами, осуществляется, исходя из следующих соображений.

При определении К_ов прямым методом в аппарате Закса из образца выделяется дистиллированная вода и осуществляется прямой замер ее объёма. При этом соль остаётся в поровом пространстве. Если затем, не отмывая образец, определить его пористость и объем пор, то они оказываются заниженными, а К_ов, соответственно пересчитанный на такой объем пор с солью, завышенным. При пересчёте К_ов на отмытый от солей образец будет уменьшаться из-за того, что объем пор (V_пор) увеличится, а объем воды (V_воды) остается постоянным:

При определении К_ов косвенным методом, в частности, методом полупроницаемой мембраны рассчитывается объем выделяющейся воды по ее массе:

где P₄ - масса образца с остаточной водой; Р₁ - масса сухого образца; Р₃ - масса полностью насыщенного образца.

Эта формула фактически соответствует формуле Kов=Vводы /Vпор. Единственное различие в том, что нет необходимости умножать массу на плотность воды для получения объема, так как в этой формуле это не нужно, если Р₃ определена на той же жидкости, что и Р₄.

При введении поправки за соль при определении К_ов косвенным методом необходимо учитывать два момента, связанных с выносом частиц соли водой в процессе проведения капиллярометрических исследований:

- объем пор увеличивается;

- объем воды занижен, так как к массе выделенной воды примешивается и масса, выделившаяся вместе с ней минерального компонента породы (соль).

После выхода кривой капиллярного давления на асимптоту и получения неснижаемой водонасыщенности (К_ов) образец отмывался для окончательного удаления солей. Затем образец повторно насыщался той же жидкостью и при этом определялись соответственно новые Р₁ и Р₃. Подставляя новые массы образца в формулу (1) при Р₄ = const, получаем исправленное за соль значение К_ов по косвенному методу. Исходя из перечисленных факторов влияния легкорастворимых компонентов на определение К_ов косвенным методом, имеем: К_ов (соль) <= К_ов (чистый).

В результате этих пересчетов К_ов, определённый прямым методом, уменьшается, а вычисленный косвенным методом, увеличивается. При сравнении первоначальных и исправленных значений К_ов (см. рис. 1) в большинстве случаев получаем минимальное расхождение остаточной водонасыщенности, определённой различными методами. В случае больших расхождений К_{ОВ.косв} превышает К_{ов пр}, что лучшим образом согласуется с общепринятыми представлениями. Наибольшие расхождения значений остаточной водонасыщенности наблюдаются в небольшом интервале глубин 3322-3324 м. Оценить в данном случае истинное содержание К_ов практически невозможно, вероятно, истина находится где-то посередине. Выделенный интервал представлен породами с первоначально достаточно низкими фильтрационно-ёмкостными свойствами, что не позволяет отнести его к зоне коллекторов. Данный вывод подтверждается материалами ГИС и результатами испытаний. Таким образом, подобный пересчёт - это единственный в данном случае путь, который может привести к получению адекватных результатов.

После того как мы оценили, какое влияние оказывают легкорастворимые компоненты пород на их фильтрационно-емкостные свойства, необходимо понять как будут изменяться физические параметры. В данном случае особенно важны параметры, по которым собственно и идет основная интерпретация методов ГИС, а именно: электрические и акустические свойства пород, например, такие, как относительное удельное электрическое сопротивление (Р_п), коэффициент увеличения сопротивления (Р_н) и интервальное время пробега продольной упругой волны (Dt).

В качестве примера можно привести наиболее показательный образец 100, в котором растворение максимально и, вероятно, связано с солью, содержащейся как в поровом пространстве, так и в скелете породы:

Состояние образца	Кп, %	Плотность, г/см^3	Dt, мкс/м	Рп
До отмывки	6,1	2,59	221	63,7
После отмывки	11,5	2,65	236	40,8

Несомненно, влияние растворения на физические параметры достаточно четкое, однако необходимо оценить степень и характер влияния засолонения на петрофизические зависимости.

Для основной части образцов растворение связано с выносом соли из порового пространства (вторичная соль). При исследовании шлифов, изготовленных по специальной технологии, предотвращающей растворение соли, было установлено отсутствие легкорастворимых компонентов в скелете породы. Однако по результатам рентгеноструктурного анализа (порошковый препарат) отмечается присутствие галита. Таким образом, вполне вероятно, что соль аккумулируется в поровом пространстве пород за счет техногенного фактора. Следовательно, основные петрофизические параметры необходимо определять на отмытых образцах. Однако интересно проанализировать, как соотносятся изменения параметров для пород, в которых соль входит в состав скелета, и пород, в которых соль техногенная, и в чистых отмытых разностях.

На рис. 2 А, Б представлены результаты определения петрофизических параметров засолоненных разностей терригенных пород в термобарических условиях, моделирующих пластовые. Проведенные опыты позволили оценить неоднозначность влияния отмывки от соли на геометрию порового пространства пород.

На рис. 2, А представлена зависимость типа (Dt) =f(K_п). Точки, полученные как по отмытым, так и по неотмытым образцам, лежат в одной области, разделять их явно нецелесообразно. Изменения строения пород в результате растворения не носят дискретный характер, и, следовательно, интерпретация по данным связям будет вполне корректной, так как физический параметр в полной мере отражает фильтрационно-емкостные свойства породы, в каком бы состоянии она ни находилась. Но это относится в большей мере к образцам, содержащим техногенную соль, в то же время образец 100 с наличием соли в скелете выделяется из общей зависимости. Необходимо также отметить, что точки, соответствующие результатам, полученным на отмытом и не отмытом образцах, смещаются практически параллельно основной линии регрессии.

Практически такие же выводы можно сделать, анализируя зависимость вида Рп = f(Kп) (см. рис. 2, Б). Единственное отличие заключается в том, что смещение точек образца 100 не вполне согласуется с основной линией регрессии.

На рис. 2, В представлена зависимость Р_н = f(K_B), построенная по результатам капиллярометрических исследований. Чётко видно, что зависимость по засолоненным образцам более пологая, чем по отмытым. Таким образом, может показаться, что засолоненные образцы представляют собой лучший коллектор. Однако такой вывод, несомненно, ошибочен. Низкие значения водонасыщенности, как было показано, связаны с выносом частиц соли в процессе проведения капиллярометрических исследований и не являются истинными. Наиболее обоснованной в данном случае представляется связь, полученная на отмытых образцах.

Итак, исследования, проведённые на герметизированных образцах из скважины, пробуренной на известково-битумном растворе, позволили сделать вывод, что породы продуктивного горизонта Ковыктинского месторождения для получения адекватной петрофизической информации необходимо отмывать от легкорастворимых компонентов.

В заключение следует подчеркнуть, что при оценке эффективных параметров продуктивных пластов необходимо учитывать не только наличие, но и характер распределения в породах легкорастворимых компонентов и проводить для этого специальные дополнительные исследования.

Abstract

The article deals with very important problem - determination of rock-and-fluid system parameters in rocks containing readily soluble components.Reservoir rocks salination does not allow rather properly to determine residual water volume which lowers the value of effective porosity and permeability of reservoir.

The author has conducted the detailed core study of salinated rocks of Kovyktin field.Laboratory core studies from wells drilled provide a possibility to compare obtained results and show the salt effect on evaluation parameters: residual water saturation, electric resistance, ultrasonic waves distribution.

Among important aspects is analysis of salt impact under natural state and technogenic influences. Changes of petrophysical characteristics of rocks with different salination extent under thermodynamic conditions are analyzed, and interesting correlations are presented.

Рис. 1. ОЦЕНКА ХАРАКТЕРА ВЛИЯНИЯ ЛЕГКОРАСТВОРИМЫХ КОМПОНЕНТОВ ПОРОДЫ НА ДОСТОВЕРНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННО-ЕМКОСТНЫХ СВОЙСТВ

Рис. 2. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА ПОРОД ЗА СЧЕТ ОТМЫВКИ ОТ СОЛЕЙ НА ЗАВИСИМОСТИ (Dt) = f(Kп) (А), Рп = f (Кп) (Б) и Рн = f (Кв) (В) (Ковыктинское месторождение, парфеновский горизонт)

1 - породы: а - неотмытые, б - отмытые; 2 - образец 100: а - до отмывки, б - после отмывки