- •Вопросы к экзамену по курсу «Петрофизика» (гр. Ги4,5)
- •Роль петрофизики в обеспечении различных направлений нефтегазовой промышленности.
- •6. Уровни неоднородности.
- •3 0. Отклонения от уравнения Дарси.
- •35. Классификация осадочных пород по проницаемости.
- •Спектральная характеристика гамма-активности горных пород.
35. Классификация осадочных пород по проницаемости.
Проницаемые(б10мД) Полупроницаемые(10-1-10) Непроницаемые(м10-1) породы-экраны В практической нефтегазовой геологии и геофизике обычно различают проницаемые породы (пласты), которые при данной величине гидропроводности пласта (кпрН/\х) обеспечивают промышленные притоки нефти, газа или воды, и непроницаемые — из которых обычными методами освоения скважин нельзя получить промышленного притока. Между этими двумя группами находятся породы, проницаемость которых лишь при определенных условиях насыщения пласта и конкретной вязкости флюида может обеспечить нижний уровень промышленного притока. По этим породам в каждом конкретном случае определяют свою так называемую границу коллектор — неколлектор.
Эти определения позволили В. Н. Кобрановой [1] предложить простую систему классификации пород по проницаемости, подразделив их на проницаемые, полупроницаемые и практически непроницаемые.
Кпроницаемым (кпр> 10"2мкм2)относятсягрубообломочные осадочные породы (галечники, гравий), сцементированные и отсортированные песчано-алеврито-глинистые породы, трещиноватые и кавернозно-трещинные известково-магнезиальные породы, трещиноватые метаморфические и магматические породы.
Коэффициент пористости пород с гранулярным типом пор велик и составляет 20—40 % от объема породы. В системе пор или трещин имеется небольшое число сверхкапиллярных, крупнокапиллярных и капиллярных каналов.
К полупроницаемым (10""4< кпр <10~2 мкм2) относятся менее отсортированные глинистые пески, некоторые разности алевролитов и песчаников пористостью менее 10—15 %, а также карбонатные породы, включая микротрещиноватые известняки и доломиты. Поровое пространство этих пород в значительном объеме представлено субкапиллярными каналами, заполненными связанной водой.
К практически непроницаемым (кпр < 10"4 мкм2) относятся глины, аргиллиты, глинистые сланцы, мергели с субкапиллярными порами, сильно сцементированные песчаники и алевролиты, плотный мел, известняки, невыветрелые метаморфические и магматические породы и т.п. Коэффициент общей пористости глин и меловидных известняков может достигать 50%, а аргиллитов, сланцев, мергелей, метаморфических и магматических пород ниже 6—8 %. Почти вся вода в той или иной степени связана силами адсорбции и практически не может перемещаться под влиянием градиентов давления, существующих в природе.
В определении непроницаемых пород не учтен фактор времени. Поэтому в дополнение к перечисленным трем типам пород можно было бы выделить еще один — породы- экраны нефти и газа (кпр<10~6 мкм2). Тогда практически непроницаемые породы займут диапазон 1(Г6 < кпр<10_4 мкм2. В отличие от последних поро- ды-экраны нефти и газа обладают такой низкой проницаемостью для нефти и газа, которая обеспечивает сохранение промышленных залежей в течение геологического времени. К породам-экранам нефти и газа относятся каменная соль, ангидрит, глины слабопесчанистые пластичные нетрещиноватые, породы в многолетнемерзлых зонах. Диаметр максимальных пор в этих породах не превышает 1 мкм.
36. Фазовая и относительная проницаемость. Проницаемость фазовая (эффективная) – это проницаемость пористой среды для данного газа или жидкости при одновременном наличии в порах другой фазы (жидкости или газа) или системы (газ-нефть, нефть-вода, вода-газ, газ-нефть-вода). При фильтрации смесей коэффициент фазовой проницаемости намного меньше абсолютной проницаемости и неодинаков для пласта в целом.Относительная проницаемость – отношение фазовой проницаемости к абсолютной.Проницаемость горной породы зависит от степени насыщения породы флюидами, соотношения фаз, физико-химических свойств породы и флюидов. Фазовая и относительная проницаемости для различных фаз зависят от нефте-, газо- и водонасыщенности порового пространства породы, градиента давления, физико-химических свойств жидкостей и поровых фаз.
37. Петрофизические связи проницаемости с другими свойствами пород. Поскольку проницаемость определяется величинами kn, sф и Тг, то коэффициент проницаемости обломочных пород зависит от их химико-минерального состава формы, размера, характера укладки, степени отсортированности и сцементированности обломков. Эти факторы не только определяют общую пористость, но и размер, форму, отношение числа открытых пор к общей пористости, распре деление в породе пор различного размера и характер взаимодействия между жидкой и твердой частями пород. Зависимость проницаемости от химико-минерального состава обломков видна из сопоставления
результатов измерения коэффициента фильтрации kф = kпр — (где
ΔВ — удельный вес и μ, — вязкость воды) для сред различного минерального состава (табл. 20). Изменение проницаемости связано в данном случае в основном с различием в форме обломков.
Проницаемость зависит также от состава обменных катионов. породы. Она минимальна для диффузных слоев, состоящих из катионов натрия. В этом случае связывается много воды и сечение пор значительно уменьшается. При кальциевых диффузных слоях проницаемость коллектора возрастает, что объясняется меньшим эффектом набухания глинистой части породы.
38. Петрофизическое обоснование определения проницаемости по данным ГИС.
Теоретические основы электрических явлений в горных породах.
40 Электропроводность (удельное сопротивление) минералов и пластовых флюидов. Свойство горных пород проводить электрический ток определяется величиной их удельной электропроводности σ или электрического удельного сопротивления ρ:При исследовании горных пород электрическое удельное сопротивление обычно измеряется в омметрах. Удельное сопротивлениев 1 ом м равно числовому значению полного сопротивления в омах1 м3 породы с основанием 1 м2 и длиной 1 м, измеренному перпендикулярно плоскости куба.
41 Удельное электрическое сопротивление осадочных пород полностью водонасыщенных пород, параметр пористости. При определениях коэффициента пористости по данным метода сопротивления определяют истинное удельное сопротивление водоносного пласта ρвп, устанавливают значение удельного сопротивления пластовых вод ρв и рассчитывают параметр пористости Рп = ρвп/ρв
и затем по зависимости Рп = f(kп) для данных отложений определяют коэффициент пористости. Чистые (неглинистые) породы. Рассмотрим удельное сопротивление рвп породы, полностью насыщенной водой, с простейшей геометрией пор, представленных пучком параллельных цилиндрических капилляров постоянного сечения.
42 Удельное электрическое сопротивление частично водонасыщенных пород, параметр насыщения.
43. Влияние температуры и давления на удельное электрическое сопротивление породы.
Диффузионные и диффузионно-адсорбционные потенциалы горных пород.
Связь диффузионно-адсорбционной активности с фильтрационно-емкостными свойствами горных пород.
Фильтрационные потенциалы и их связь с ФЕС горных пород.
Типы взаимодействия гамма-квантов в горных породах. Мерой взаимодействия гамма-квантов (как и других частиц) с веществом являются эффективные сечения взаимодействия — микроскопическое и макроскопическое. Микроскопическое сечение определяет вероятность взаимодействия одной частицы с другой частицей — мишенью (ядром, электроном, атомом). Макроскопическое сечение — это вероятность взаимодействия частицы с единицей объема вещества; оно равно произведению микроскопического сечения на число мишеней в единице объема. Макросечение для гамма-квантов обычно называют линейным коэффициентом ослабления и обозначают ji.Гамма-излучение ослабляется в породах вследствие: фотоэффекта; комптоновского эффекта; образования пар; фотоядерных взаимодействий. При комптоновском эффекте гамма-излучение взаимодействует с электронами, передавая им часть энергии, и затем распространяется в горной породе, испытывая многократное рассеяние с изменением первоначального направления движения. Этот процесс возможен при любых энергиях гамма-квантов и является основным при 0,2<Е<3 МэВ, т. е. именно в области спектра первичного излучения естественно-радиоактивных элементов.Процесс образования электрон-позитронных пар, возникающих из фотонов в поле ядер атомов, наиболее вероятен для пород, содержащих тяжелые элементы (см. рис. 81,6) при энергиях не менее 1,02 МэВ.Таким образом, при различных энергиях гамма-кванты взаимодействуют преимущественно с различными мишенями: атомами, электронами, атомными ядрами.
48 Физический смысл закона радиоактивного распада. Естественная радиоактивность представляет собой самопроизвольный, подчиненный определенному статистическому закону распад неустойчивых ядер атомов. Радиоактивный распад приводит к изменению строения, состава и энергии ядер и сопровождается испусканием а- и р-частиц или захватом электрона из К- или L-обо- лочки, коротковолновым излучением электромагнитной природы (у- излучение). При этом происходят выделение радиогенного тепла, ионизация газов, жидкостей и твердых тел.
В природных условиях отмечается также спонтанное деление тяжелых ядер. Осколки деления могут образовывать треки и дефекты в кристаллической структуре минералов.
Поскольку а- и Р-частицы в веществе испытывают сильное куло- новское взаимодействие и обладают очень малой проникающей способностью, в радиометрии нефтегазовых скважин используются только у-излучение и нейтроны. Гамма-кванты распространяются в веществе со скоростью света с, обладают энергией E = hv и импульсом р = Е/с, где v — частота электромагнитных колебаний; h — постоянная Планка.Закон радиоактивного распада естественных и искусственных радиоактивных ядер (Э. Резерфорд и Ф. Содди, 1902 г.) описывает зависимость между количеством распадающихся и имеющихся радиоактивных атомов. В дифференциальной форме он имеет вид:
dN/dt=-\N, (10.1)
где dN — число распадающихся ядер из общего количества N за время dt; X — постоянная, характеризующая скорость распада данногоэлемента. Величина А=XN определяет число распадов в единицу времени и называется активностью.
После интегрирования получаем экспоненциальный закон изменения количества радиоактивных атомов во времени:
N(t) = JV0 exp(-Xt), (10.2)
где N0 — число атомов в начальный момент времени (начало распада при t=0).
Кроме постоянной распада X при описании явлений радиоактивности широко используется период полураспада Т1/2 — время, за которое N0 убывает наполовину. С постоянной распада Т1/2 связан соотношением Т1/2 = 0,693/А,. Фундаментальное свойство постоянной распада К — независимость ее от каких-либо природных факторов (термобарические условия, изменения напряженностей физических полей). Поэтому период полураспада служит абсолютной мерой длительности геологических процессов (это свойство используется в ядерной геохронологии).