ГЕОЛОГИЯ И ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ
УДК 550.8.072
© Э.Р. Зиганшин, Г.С. Хамидуллина, Е.О. Стаценко, 2014
Методика определения индикатора гидравлической единицы коллектора
i
Э.Р. Зиганшин, Г.С. Хамидуллина, Е.О. Стаценко
(Казанский (Приволжский) федеральный университет)
Адреса для связи: eduard-ziganshin@mail.ru,
galina-khamidullina@yandex.ru, e.statsenko@yahoo.com
Ключевые слова: пористость, проницаемость, индикатор гидравлической единицы, удельная площадь поверхности, компьютерная томография.
Method of the flow zone indicator collector determining
E.R. Ziganshin, G.S. Khamidullina, E.O. Statcenko (Kazan (Volga) Federal University, RF, Kazan)
E-mail: eduard-ziganshin@mail.ru,
galina-khamidullina@yandex.ru, e.statsenko@yahoo.com
Key words: porosity, permeability, flow zone indicator (FZI), the specific surface of a porous, computed tomography
This article discusses the use of computed tomography to measure the specific surface of a porous carbonate reservoir in order to calculate the flow zone indicator (FZI) of reservoir The object of the study were Upper Tour-naisian substage carbonate reservoirs at one of the oil fields of Nurlatsky oil zone, located on the eastern side of Melekess depression Volga-Ural anteclise. A reservoir model of a hydraulic unit is obtained for each studied sample. Based on research it can be concluded that the parameter is strongly associated with FZI facies and depositional processes and also for the quantitative characteristics may be used successfully FZI computed-tomographic technique, by determining the specific area in contact with the fluid surface.
Исследованиям фильтрационно-емкостных характеристик коллектора посвящено огромное число публикаций, в которых главным образом рассматриваются определение пористости и проницаемости и моделирование возможной зависимости между ними. Современные модели фильтрацион-но-емкостных свойств (ФЕС) коллекторов базируются на фундаментальной зависимости Кармана-Козе-ни, выражающей проницаемость как функцию пористости и удельной площади контактирующей с флюидом поверхности, которая может быть оценена либо методом газовой адсорбции, либо в результате петрографического анализа, либо методом ядерно-магнитного резонанса[1].Для эффективного использования зависимости Кармана-Козени, помимо удельной площади поверхности необходимо знать форму, размеры, извилистость, тип системы пор, выраженные в так называемом коэффициенте эффективного зонирования Kt. Последний в свою очередь является индивидуальным для конкретной формации и определяет показатель качества и индикатор гидравлической единицы (FZI - flow zone indicator) коллектора [1-3]. Параметр гидравлической единицы потока стал успешно применяться при изучении ФЕС месторождений Западной Сибири, представленных в основном терригенными формациями, а также карбонатных коллекторов, в частности пластов Хуфф (Саудовская Аравия), Окала (южная Флорида) [2-4]. Большинство исследовате-
лей рассматривают индикатор гидравлическом единицы как представительный элементарный объем породы, геологические и петрофизические свойства которого взаимозависимы и влияют на прохождение флюида. Исследования FZI в пределах месторождений с терригенными формациями позволили выделить классы коллекторов, для них впоследствии по значениям пористости возможно оценить проницаемость. Однако для карбонатных коллекторов, где, как правило, присутствует как матричная, так и трещинная пористость, корректность определения FZI значительно снижается, так как данный параметр существенно зависит от удельной площади поверхности. В данной работе рассмотрено определение удельной площади, контактирующей с флюидом поверхности карбонатного коллектора, с использованием методов компьютерной томографии.
Методика исследований
Компьютерная томография проводилась с использованием томографа V|TOME|X S 240, позволяющего проводить неразрушающие исследования внутренней структуры объекта на основе измерения и сложной компьютерной обработки разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности элементами. Начиная с записи двумерных рентгеновских изображений образца, рентгеновская трубка генерирует излучение, которое частично поглощается образцом. Детектор
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (проект №02^25.31.0029).
Изображение внутренней структуры непрозрачных объектов в трехмерном виде:
а, б, в, г - образец соответственно №1, 2, 3 и 4
интегрирует попадающее на него излучение и преобразует его в цифровое изображение для сохранения на жестком диске компьютера. Во время записи образец поворачивается на 360° с заданным шагом, и при каждом шаге делается снимок образца. Технологически происходит сканирование коническим лучом с 2D проецированием и с пошаговым вращением объекта. Шаг вращения составляет менее 1°. Таким образом, получается цифровое изображение внутренней структуры непрозрачных объектов в трехмерном виде с высоким пространственным разрешением.
Полученное цифровое пространство позволяет количественно определить площадь поверхности и объем пор. Для испытаний использовались образцы экстрагированного керна в форме параллелепипеда с размером сторон 10х1х1 см. Исследовался каждый 1 см3 образца.
Получив значения объема Vp и площади поверхности As пор, находим площадь внутренней поверхности единицы объема пор [1]
БУр = А /Ур.
(1)
Зная Бур, можно вычислить площадь удельной поверхности пористого материала или общую площадь контактирующей с флюидом поверхности в пределах порового пространства на единицу объема зерен
Буег = Бур Ф/(1 - И
(2)
где ф - пористость.
Полученные значения SVgr можно использовать при моделировании корреляционных зависимостей Карма-на-Козени, а также для вычисления индикатора гидравлической единицы [1-3]
К1 = 1/^г#т).
Коэффициент эффективного зонирования
1 „з
К
кБу^2 1 -ф2'
(3)
(4)
где k - проницаемость, расчитанная любым известным способом [1].
Результаты работ
Объектом исследования являлись карбонатные коллекторы верхнетурнейского подъяруса одного из нефтяных месторождений Нурлатской нефтеносной зоны, расположенной на восточном борту Мелекесской впадины Волго-Уральской антеклизы. Подъярус объединяет черепетский и кизиловский горизонты, сложенные про-мышленно нефтеносными известняками. Для эксперимента были выбраны образцы керна одной нефтеносной скв. 1, отобранные с разных глубин указанных горизонтов (см. рисунок).
Согласно «Атласу пород основных нефтеносных горизонтов палеозоя республики Татарстан»[5] отложения черепетского горизонта представлены преимущественно известняками, относящимися к биокластово-фитоген-ному структурно-генетическому типу. Биокластово-фи-тогенные известняки (образцы № 3, 4) характеризуются различным содержанием детритового материала водорослевой природы [6-8]. Известняки достаточно плотные от серой до светло-серой окраски. Отличительным признаком является присутствие черных тонких нитевидных слоев углисто-терригенного материала, сложенного кварцем, слюдой, образованиями иллит-смектито-вого состава и углистым веществом. Породы на 70-75 % представлены органическими остатками, на 25-30 % -цементирующим веществом. Цемент базального типа. Пористость известняков варьируется от 4,23 % (образец №4) до 7,98 % (образец №3). Проницаемость изменяется соответственно от 0,08 до 0,04 мкм2 .
В верхней части черепетского яруса наблюдаются известняки переходного биокластово-фитозоогенного типа (образец №2), в которых присутствуют гранулированные раковины фораминифер и обломки водорослей. Для известняков характерна пористость порядка 10 %, проницаемость может изменяться от 0,14 до 0,22 мкм2.
Отложения кизеловского горизонта представлены светло-серыми с буроватым оттенком плотными известняками, которые относятся к классу биокластово-зоо-генных (образец №1). Структурные компоненты био-кластово-зоогенных известняков представлены преимущественно в различной степени гранулированными раковинами фораминифер, встречаются фрагменты бра-хиопод, двустворок, криноидей. Породы по текстуре -однородные, на 80-85 % состоят из органических остат-
10'2014
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
38
Номер образца Глубина отбора, м As, мм 2 Vp, мм3 SVp, мм-1 Svgr, мм-1 K FZI
1 1271,8 480,467 6,2498473 0,768767 0,087607 3,079515 6,50459
2 1280,9 1863,873 20,519154 0,908358 0,095685 0,320865 18,44989
3 1282,1 2596,219 27,660826 0,938591 0,09887 1,50973 8,231631
4 1285,2 576,5417 9,930427 0,580581 0,051378 6,274582 7,770125
ков, на 15-20 % - из цементирующего зернистого кальцита, который частично выщелочен с образованием каверн. Средняя пористость этих известняков составляет 12 %, проницаемость варьируется от 0,08 до 0,11 мкм2.
В результате проведенных компьютерно-томографических исследований на томографе V|TOME|X S 240 были получены данные по объему, площади поверхности пор (см. таблицу).
Таким образом, получена модель гидравлической единицы коллектора для каждого исследованного образца. Следует отметить, что самый высокий параметр FZI имеет образец № 2, который представлен переходным биокластово-фитозоогенным известняком. FZI образцов №3 и 4 приблизительно равны и характеризуют биокластово-фитогенные известняки. Низкое значение FZI образца №1 присуще известняку биокластово-зоо-генному. Следовательно, гидравлическая единица коллектора характеризует не только ФЕС, но, как и указывали авторы ранее проводимых исследований [1], обстановку осадконакоплений и диагенетические процессы. Однако ранее также предполагалось (особенно для тер-ригенных коллекторов), что чем меньше площадь удельной поверхности, тем выше значения FZI. В рассмотренном примере подобная зависимость не выявлена. Для однозначного утверждения или опровержения закономерности необходимы дополнительные исследования. Для получения количественных характеристик FZI можно успешно использовать компьюторно-томографи-ческий метод.
Список литературы
1. ТиабДж, Доналдсон Эрл.Ч. Петрофизика: теория и практика изучения коллекторских свойств горных пород и движения пластовых флюидов. -М.: ООО «Премиум Инжиниринг». - 2009
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.