Новые возможности метода ЯМР-релаксометрии при исследовании горных пород Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА ЯМР-РЕЛАКСОМЕТРИИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ГОРНЫХ ПОРОД

Мария Йоновна Шумскайте

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т академика Коптюга, 3, инженер, тел. (913)482-41-37, e-mail: ShumskaiteMI@ipgg.sbras.ru

Юрий Константинович Доломанский

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук, 620016, Россия, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 100, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: dolomanski@mail.ru

В работе рассмотрены возможности метода ЯМР-релаксометрии при определении пет-рофизических параметров пород-коллекторов на примере исследования образцов керна скважин нефтяных месторождений. Показано, что результаты измерений по шламу согласуются с результатами на керне. Выявлено, что данный метод может быть использован для количественной оценки содержания глинистых минералов и определения их типа. Экспериментально установлен характер зависимости параметра пористости от ЯМР-пористости, которая удовлетворяет общеизвестным уравнениям.

Ключевые слова: ЯМР-релаксометрия, петрофизические параметры, глинистость, параметр пористости.

NEW POSSIBILITIES OF THE METHOD OF NMR-RELAXOMETRY IN THE RESEARCH OF ROCKS

Mariya Yo. Shumskayte

Federal state budgetary institution of science A.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of the Siberian branch of the Russian Academy of Sciences, 630090, 3, Akademika Koptyuga Prosp., Novosibirsk, engineer, tel. (913)482-41-37, e-mail: ShumskaiteMI@ipgg.sbras.ru

Yuri K. Dolomanski

Federal state budgetary institution of science Y. P. Bulashevich Institute of Geophysics of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences, 620016, 100, Amundsena st., Ekaterinburg, candidate of technical sciences, senior researcher, e-mail: dolomanski@mail. ru

This paper discusses potential of nuclear magnetic resonance NMR relaxometry for reservoir petro physical properties in the case study of core samples of wells of oil fields. It is shown that results measurements on rock chips correspond with results obtained on core samples. It is found that the method can be used for quantitative estimation content of clay minerals and definitions their type. The formation resistivity factor dependence on NMR porosity is installed experimentally and it corresponds to well-known equations.

Key words: NMR relaxometry, petrophysical parameters, clay content, formation resistivity factor.

Петрофизические исследования керна нефтегазовых скважин направлены на оценку запасов углеводородов и определение фильтрационно-емкостных свойств горных пород. Эту задачу можно эффективно решать с помощью экспрессного метода ЯМР-релаксометрии, в том числе непосредственно на скважине. Основным результатом измерений и обработки данных является пористость: общая, эффективная и связанная с глинами [1]. Время релаксации флюида в поровой среде зависит от расстояния до границы с твердой поверхностью (матрицей). Это позволяет сделать вывод о макроскопическом распределении пустотного пространства (геометрическое распределение пор по размерам) [2]. На формирование пустотного пространства оказывает влияние глинистость и ее тип. Для оценки поверхностных эффектов, связанных с глинистыми минералами проводится сопоставление результатов ЯМР-измерений и измерений УЭС. Эти исследования необходимы для изучения удельной поверхности пустотного пространства и более точной оценки проницаемости образцов с использованием метода ЯМР.

При изучении петрофизических характеристик пород-коллекторов методом ЯМР-релаксометрии отсутствует механическое воздействие, в отличие от стандартных способов исследования, что дает возможность использовать образцы для дальнейших исследований. В работе показано, что измерения, проведенные на керне и при его разрушении, имеют высокий коэффициент корреляции. Регистрируемый сигнал зависит не от скелета породы, а определяется количеством и типом флюида, содержащегося в поровом пространстве. Можно использовать результаты анализа шлама методом ЯМР для определения фильтрационно-емкостных характеристик пород-коллекторов.

Новым и перспективным направлением ЯМР-исследований является оценка объемного содержания и типа глинистых минералов. Решение этого вопроса рассматривается в рамках трех основных типов распределения глины: слоистая, структурная и рассеянная [3]. Последний тип может быть представлен каолинитом, хлоритом и иллитом. Глинистость и ее тип будут оказывать различное влияние на фильтрационно-емкостные свойства, а также на ЯМР-сигнал. Проведен анализ возможностей метода ЯМР-релаксометрии для оценки объемного содержания и типа глинистых минералов. В ходе работы было исследовано более 200 образов керна скважин четырех нефтяных месторождений. Образцы представлены мелко- и среднезернистым песчаником и мелко-крупнозернистым алевролитом с включениями угля, пирита, реже сидерита и органических веществ. Коэффициент пористости изменялся в пределах 5-33%, коэффициент проницаемости - 0,01-2500 мД, объемное содержание глины - 5-32%. Показано, что по временам релаксации можно оценивать объемное содержание глинистых минералов. При близких значениях пористости и проницаемости изучаемых образцов ЯМР-спектр будет находиться в области коротких времен в случае большего количества глины, и с увеличением ее доли спектр будет смещаться. Различное объемное содержание каолинита в составе глинистой фракции оказывает существенное влияние на смещение спектра времен релаксации, содержание хлорита при этом влияет незначительно. Это связано с тем, что хлорит выстилает поры, в отличие от каолинита, который рассеян в виде дискретных частиц. Для

образцов с преобладанием того или иного глинистого минерала характерны линейные зависимости. Для каолинитовой составляющей глинистой фракции наблюдается сильная зависимость, для хлоритовой - слабая. Результаты получены при исследовании образцов керна при остаточном насыщении.

Для детализации типа глинистых минералов построена зависимость времени релаксации от объемного содержания глинистых минералов (рис. 1). Для исследованных образцов с преобладанием каолинита времена релаксации составляют 10-18 мс, с преобладанием хлорита - 2-10 мс. Время релаксации в окрестности 10 мс, характеризуется граничным, разделяющим каолинитовую составляющую глинистой фракции от хлоритовой.

Рис. 1. Зависимость времени релаксации от содержания глинистых минералов

В работе проведено экспериментальное изучение характера зависимости параметра пористости от ЯМР-пористости и ее сравнительный анализ с теоретическими зависимостями. Методика работ включала следующие этапы: а) насыщение образцов керна моделью пластовой воды (от 6 до 35 г/л); б) измерения на ЯМР-релаксометре; в) определение удельного электрического сопротивления; г) исследования методом центрифугирования (после каждого скоростного режима этапы б) и в) повторялись); д) расчет параметра пористости.

По результатам проведенных лабораторных исследований выявлена взаимосвязь ЯМР-пористости и параметра пористости (рис. 2). Полученная зависите 1Д2

мость, имеющая вид Рп = ~л;7, согласуется с результатами стандартных исследований и удовлетворяет общеизвестным выражениям связи параметра и коэффициента пористости. Для сопоставления выявленной экспериментальной связи с теоретическими зависимостями, рассмотрены формулы Тимура, Хамбла и Розалеса [3, 4].

Рис. 2. Взаимосвязь параметра пористости и ЯМР-пористости

Для анализа полученных результатов построены зависимости параметра пористости от ЯМР-пористости, рассчитанные по этим формулам. Для изученных образцов установленная экспериментальная связь этих параметров хорошо согласуется с формулой Тимура, что указывает на возможность оценки параметра пористости по данным ЯМР с использованием теоретических зависимостей.

К основным результатам работы относится следующее. Проведены лабораторные ЯМР-исследования более 200 образцов керна скважин четырех нефтяных месторождений. Для изученных образцов установлена сходимость результатов ЯМР-измерений на керне и при его разрушении. Показано, что метод ЯМР-релаксометрии может быть использован для оценки количественного содержания и типа глинистых минералов. Получена экспериментальная зависимость параметра пористости и ЯМР-пористости, согласующаяся с данными стандартных исследований и удовлетворяющая общеизвестным уравнениям. Метод ЯМР-релаксометрии может быть использован как экспрессный метод определения фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. G.R. Coates, Lizhi Xiao and M.G.Prammer. NMR Logging, Principles&applications. Hulliburton Energy Services Publishing. Houston. - 2000. - 356 с.

2. Доломанский Ю.К. Муравьев Л.А. Программное обеспечение ЯМР-релаксометра// Уральский геофизический вестник. - 2010. - №1(16). - С. 33-39

3. Д. Тиаб, Эрл Ч. Доналдсон. Петрофизика: теория и практика изучения коллекторских свойств горных пород и движения пластовых флюидов. М.: ООО «Премиум Инжиниринг». - 2009. - 864 с.

4. Дж. Амикс, Д. Басс, Р. Уайтинг. Физика нефтяного пласта. М.: Гостоптехиздат. -1962. - 572 с.

© М.Йо. Шумскайте, Ю.К. Доломанский, 2013