Виды неоднородностей

Виды  неоднородности

В геологии для отображения геометрических отношений обычно применяются различные  карты, такие, как карты в изолиниях  или условных обозначениях, а также схемы сопоставления разрезов скважин и геологические профильные разрезы.

Для описания отношений между количествами различных  элементов широко используются методы математической статистики, а также  некоторые другие приемы количественной характеристики структуры, особенно на тех иерархических уровнях, на которых методы математической статистики оказываются неприменимыми.

Геологическая неоднородность должна рассматриваться  на каждом структурном уровне отдельно. В соответствии с определением неоднородности этим уровням соответствуют пять типов неоднородности: ультрамикронеоднородность, микронеоднородность, мезонеоднородность, макронеоднородность и метанеоднородность.

Ультрамикронеоднородность. Неоднородность этого типа есть изучаемое по отдельному образцу свойство породы, структура которой геометрически, очевидно, показана быть не может, так как невозможно определить и зафиксировать положение в пространстве каждого элемента этого уровня, т. е. каждого минерального зерна. Поэтому имеется возможность только количественного описания структуры.

Характеристикой ультрамикроструктуры породы является, прежде всего, ее гранулометрический (механический) состав. Для большинства нефтесодержащих  пород размеры частиц колеблются в пределах 0,01-1 мм. Наряду с обычными зернистыми минералами в породе также содержатся глинистые и коллоидно-дисперсные частицы с размерами меньше 0,001 мм.

Гранулометрический  состав пород изображают в виде таблиц или кривых суммарного состава, распределения  зерен породы по размерам или гистограммы. Очевидно, что кривая суммарного состава представляет собой график функции распределения или интегральную кривую распределения зерен по размерам.

Степень неоднородности породы по размерам слагающих ее зерен  характеризуется коэффициентом  неоднородности, равным отношению d₆₀/d₁₀, где d₆₀ и d₁₀ – диаметры частиц, при которых сумма масс фракций с диаметрами, начиная от нуля и кончая данным диаметром, составляет соответственно 60 и 10 % от массы фракций. Коэффициент неоднородности зерен пород, слагающих нефтяные месторождения, обычно колеблется в пределах 1,1-20.

Важной характеристикой  структуры образца пористой породы является распределений в нем  зерен по размерам, от которого зависит  размер пор.

Результаты  изучения ультрамикронеоднородности  используются при подборе фильтров для нефтяных скважин: размеры отверстий фильтра, устанавливаемого для предотвращения поступления песка в скважину, должны соответствовать диаметрам частиц.

Информация  об ультрамикронеоднородности учитывается  при исследовании процессов вытеснения нефти водой или других вытесняющим агентом: от ультрамикронеоднородности зависит количество нефти, остающейся в пласте после окончания его эксплуатации в виде пленок, покрывающих поверхность зерен.

Микронеоднородность. При изучении структуры нефтегазоносного пласта на данном уровне в качестве элементов рассматривают образцы породы, по которым определяются ее коллекторские свойства.

Характеристикой отдельного образца будет определенное по нему единственное значение каждого  из тех геолого-физических свойств (литологии, пористости, проницаемости, остаточной водонасыщенности и т. п.), изучение которых необходимо для решения стоящей перед геологом задачи.

Из всего  объема изучаемых пород может  быть изготовлено огромное количество образцов, определить положение их всех в статистическом геологическом пространстве невозможно. Следовательно, и в данном случае геометрические методы представления структуры неприменимы. Ее описание оказывается возможным, как и на предыдущем уровне, только вероятностно-статистическими методами, основным из которых является метод распределений.

Изучение  микронеоднородности, и в частности  статистических распределений свойств  нефтегазоносных пластов, позволяет  решать ряд практических задач разведки и разработки нефтяных и газовых  залежей:

1)оценивать  погрешность определения средних  значений геолого-физических свойств и, следовательно, степень разведанности залежи по уровню изученности свойств пород в процессе разведки месторождения [Дементьев Л.Ф., Жданов М.А., Кирсанов А.Н. Применение математической статистики в нефтегазопромысловой геологии. М., Недра, 1977.];

2) оценивать  процент выноса керна при его  выбуривании;

3) определять  кондиционные пределы параметров  продуктивных пород;

4) выделять  тела-элементы вышележащего структурного уровня путем проведения условных границ по кондиционным и другим граничным значениям свойств пород;

5) получать  формулы для вычисления погрешностей  определения свойств элементарных  тел на вышележащих структурных  уровнях и погрешностей подсчета  запасов [Правила разработки газовых и газоконденсатных месторождений М., Недра, 1971.];

6) прогнозировать  при проектировании разработки  темп обводнения скважин и  возможный коэффициент заводнения  пластов.

Мезонеоднородность. Для выявления структуры пласта (горизонта) на данном уровне необходимо путем детальной корреляции разрезов скважин выделить и проследить распространение по площади отдельных прослоев коллекторов провести условные границы, разделяющие породы-коллекторы, например, на высокопродуктивные и низкопродуктивные. В результате такого расчленения объема залежи будет получена сложная мозаичная картина размещения в разрезе и по площади геологических тел, характеризующихся различной продуктивностью, а следовательно, и нефтенасыщенностью, различными коллекторскими свойствами и т. п.

Очевидно, на данном уровне размеры элементарных тел и количество их таковы, что  позволяют зафиксировать положение  каждого из элементов в пространстве и отобразить это положение на картах, схемах, профилях и любых  других геологических графических документах. При этом следует иметь в виду, что составлять такие карты имеет смысл лишь тогда, когда пласт монолитный, т. е. не расчленяется на отдельные прослои. В противном случае выделение элементов на мезоуровне необходимо производить для каждого прослоя. Если это условие не выполняется и карта составляется сразу для нескольких прослоев, то она отражает усредненную картину, а не структуру и неоднородность системы на мезоуровне.

При выделении  элементов можно использовать данные как о продуктивности, так и о других свойствах пород. Например, можно выделять тела, в пределах которых постоянны или мощность, или нефтенасыщенность, или какое-то другое свойство. Значения свойств каждого из элементарных тел определяются как средние из значений, определенных по образцам (элементам низшего уровня) или по скважинам, расположенным в пределах каждого элемента, на основе результатов геофизических исследований.

Количественно мезонеоднородность можно охарактеризовать суммарными величинами площадей F_i занятых всеми элементами одного типа, отнесенными ко всей площади F:

;

Изучение  мезонеоднородности необходимо для  решения следующих задач разработки:

1) выделения  работающих и неработающих частей  разреза в каждой добывающей  и нагнетательной скважине, а  также активно и пассивно отрабатываемых  частей залежи;

2) оценки  удельного веса объемов внутри  залежи, характеризующихся разной  продуктивностью;

3) выявления  фактических и потенциальных  путей внедрения в залежь воды (пластовой или закачиваемой);

4) контроля  за продвижением ВНК и выявления  тупиковых зон, с которыми связаны  значительные потери нефти и  газа в недрах;

5) оценки  и повышения охвата пласта воздействием.

На основе решения первой задачи составляются карты распространения коллекторов  разной продуктивности, которые используются при решении трех последующих  задач.

Макронеоднородность. Если каждый прослой коллектора рассматривать как единое нерасчленимое целое, т. е. выделять в разрезах скважин только коллекторы и неколлекторы и прослеживать распространение тех и других по площади залежи, то можно изучить макроструктуру нефтегазоносного пласта (горизонта) и его макронеоднородность.

Макроструктура может быть отражена как графическими, так и количественными методами.

Макроструктура  пласта или горизонта в плане  отображается с помощью карт распространения  коллекторов, профилей, схем сопоставления  разрезов скважин, на которых происходит слияние пластов (для горизонта) или пропластков (для пласта) с ниже- и вышележащими пластами или пропластками.

Существует  ряд количественных показателей, характеризующих  макронеоднородность пласта по разрезу  и по площади. Для характеристики разреза используются коэффициент расчлененности:

,

где l_i – число прослоев коллекторов в i-й скважине; n – число скважин;

коэффициент песчанистости:

,

где h_эф – эффективная мощность пласта в отдельной скважине; h_общ – общая мощность пласта в той же скважине; n число скважин.

Совместное  использование k_р и k_пес позволяет составить представление о макронеоднородности разреза: чем больше k_р и меньше k_пес, тем выше макронеоднородность.

Характеристикой макронеоднородности служит коэффициент литологической связанности k_св, который оценивает степень слияния коллекторов двух пластов (прослоев):

,

где F_св – суммарная площадь участков слияния; F – общая площадь залежи.

Изучение  макронеоднородности позволяет  решать следующие задачи:

1) выявлять  форму сложного геологического  тела, служащего вместилищем нефти  или газа в пределах пласта;

2) выявлять  участки отсутствия коллекторов  и участки повышенной их мощности, возникающей в результате слияния  прослоев;

3) обосновывать  местоположение рядов добывающих и нагнетательных скважин при проектировании разработки;

4) выявлять  участки затрудненного и активного  подъема ВНК;

5) выявлять  места перетока нефти и газа  из одного пласта в другой  при разработке залежей;

1) прогнозировать  степень охвата залежи разработкой.

Метанеоднородность. В качестве элементов структуры на данном уровне выступают крупные части залежи, различающиеся по каким-либо наиболее общим свойствам, таким, как характер насыщения, литологии и т. п. В метаструктуре нефтегазовой залежи как системы на данном уровне служат различные зоны, которые могут быть выделены в пределах залежи по характеру насыщения, а также – в случае большой мощности продуктивных отложений – зональные интервалы, выделяемые из геологических (например, по характеру макронеоднородности) или технических соображений. При объединении нескольких залежей в один эксплуатационный число элементов метаструктуры увеличивается: в качестве элементов эксплуатационного объекта как единой системы будут выступать части всех залежей, объединенных в единый объект.

Пока единственным способом описания и отображения  метанеоднородности является использование  профильных разрезов и карт, на которых показаны границы элементов метауровня. Методы количественной характеристики метанеоднородности, как и мезонеоднородности, еще предстоит разработать.

Изучение  метанеоднородности позволяет решать следующие задачи:

1) определить  целесообразность объединения нескольких пластов (горизонтов, залежей) в один эксплуатационный объект;

2) выбирать  системы размещения добывающих  и нагнетательных скважин как  на отдельные залежи, так и  на эксплуатационном объекте;

3) обосновывать  мероприятия по повышению эффективности  разработки эксплуатационного объекта;