книги / Физические свойства коллекторов нефти при высоких давлениях и температурах
..pdfных 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 ) .