П.П.Муравьёв, С.Н. Сидорович
Отбори оперативное изучение бурового шлама и керна – важная и неотъемлемая частьгеолого-технологических исследований. Применяемый в настоящее время комплексисследований каменного материала, включающий макро- и микроописание пород,карбонатометрию, люминесцентно-битуминологический анализ, а также определениеплотности и пористости пород не всегда даёт полную геологическую характеристикуразбуриваемого разреза скважин, особенно при исследовании сложнопостроенныхкарбонатных разрезов. Во ВНИИнефтепромгеофизике были проведеныопытно-методические работы по оценке информативности новых методов исследованияшлама и керна: электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), термодесорбции ипиролиза (ТДП), и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) [5].
Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) основанна поглощении сверхвысокочастотной энергии переменного поля парамагнитнымвеществом, находящимся в сильном постоянном магнитном поле. Все горные породы,битумы и нефть в различной степени обладают парамагнетизмом. Форма ЭПР-спектраразлична для каждого литотипа горных пород и нефтей отдельных пластов.
Какпоказали результаты проведённых опытно-методических работ, метод ЭПР позволяетрешать следующие задачи: выделять опорные пласты в карбонатных разрезах ипроводить корреляцию разрезов скважин по характеру ЭПР-спектра;идентифицировать литотипы пород; выделять нефтебитумосодержащие пласты вразрезе скважины; определять принадлежность нефти к пластовой или добавляемой впромывочную жидкость [3].
Выделениеопорных пластов методом ЭПР основано на зависимости между величинойконцентрации ионов двухвалентного марганца в карбонатных породах и условиямиседиментогенеза. Присутствие ионов двухвалентного марганца в породесвидетельствует о наличии глубоководных фаций, образованных в условиях явногонедостатка кислорода [2]. По концентрации Мn2+, измеренной методомЭПР, можно судить об условиях осадконакопления, а по аномальным значениям этойконцентрации выделять опорные пласты в разрезах скважин.
Нарис.1 показан пример выделения опорных пластов методом ЭПР-спектроскопии поскв.83, 93, 99 Южно-Сергеевского месторождения (Башкортостан). Измеренияпроводились главным образом на пробах бурового шлама, которые отбирались впроцессе бурения через 1 — 3 м проходки. Масса анализируемой навески составляла0,2 г измельчённой породы. Время анализа — 5 мин. Всего по трём скважинам былопроанализировано свыше 400 образцов. По аномально-высокой концентрации Мn2+в разрезах скважин чётко выделяется аскинско-мендымский горизонт, причёмнаиболее высокие значения концентраций Мn2+ по всем скважинамотмечаются в кровле и подошве горизонта.
/>
Рис.1.Выделение опорных пластов в разрезе методом ЭПР, Южно-Сергеевская площадь
Аномально-высокиеконцентрации Мn2+ в образцах горных пород аскинско-мендымскогогоризонта были выявлены и при исследовании разведочной скв.133 Иглинскойплощади (рис.2).
/>
Рис.2.Решение геологических задач методами ЭПР и пиролиза, скв. 133, Иглинскаяплощадь
МетодЭПР-спектроскопии позволяет проводить литологическое расчленение вскрываемогоразреза на основе идентификации спектральных характеристик горных породразличного литологического состава.
Намиустановлено, что каждому литотипу пород данной площади присущ строгоиндивидуальный спектр. Имея базу данных ЭПР-спектров различных пород поисследуемой площади, можно, с использованием специальных программ,автоматизировать сложный и трудоёмкий процесс построения фактическойлитологической колонки по результатам анализа образцов керна и проб шлама впроцессе бурения скважины.
Выделениенефтенасыщенных и битуминозных пластов в разрезе скважин методомЭПР-спектроскопии основано на появлении на спектрограмме ванадия V4+и свободных стабильных радикалов Rс. Экспериментальными исследованиямиустановлено, что парамагнетизм закономерно возрастает при увеличении содержанияв нефти смолисто-асфальтеновых веществ [1].
Парамагнетизмнефтей даёт возможность выявлять в процессе бурения нефтенасыщенные породыпутём анализа спиртобензольных или хлороформенных экстрактов из образцов горныхпород, причём постоянство отношения V4+/Rс для отдельных залежей ипластов позволяет решать данную задачу даже в условиях добавок нефтепродуктов вбуровой раствор. Как показали экспериментальные исследования, методЭПР-спектроскопии может использоваться и для оперативного определения открытойпористости (Кп) горных пород. Для этого исследуемый сухой образец горной породынасыщается парамагнитной жидкостью, после чего измеряется величина сигнала егопарамагнетизма (Сп) и по эталонировочному графику определяется пористостьобразца.
Метод термодесорбции и пиролиза (ТДП) основан напрограммируемом разогреве образцов горной породы от 30 до 600°С. В интервалетемператур до 300°С происходит десорбция свободных углеводородов, входящих всостав попутных газов и нефтей (углеводороды метанового ряда, ароматическиеуглеводороды и др.). В интервале температур 300 — 600 °С происходит собственнопиролиз, в результате которого происходит превращение органического вещества(ОВ) в газообразные углеводороды, преимущественно СН4.
Процессдесорбции УВ и пиролиза ОВ происходит в среде водорода, без доступа кислорода. Анализируемый образец горной породы (шлам или керн), отобранный в процессебурения через 1 — 3 м проходки, тщательно отмывается от бурового раствора, спомощью фильтровальной бумаги удаляется видимая влага, истирается до фракции0,5 — 0,25 мм и берется навеска величиной 100 мг. При высоком содержании УВ илиОВ в породе навеска может быть уменьшена до 50 мг.
Сигнал,регистрируемый пламенно-ионизационным детектором термодесорбера-пиролизера,характеризуется двумя пиками: пиком S, представляющим собой сумму двух сигналовSо и S1, которые соответствуют свободным углеводородам – газу и нефти; пиком S2,соответствующим количеству углеводородов, образующихся при пиролизе ОВ(остаточного потенциала нефти). Фиксируется также значение максимальнойтемпературы (Тmax ) пика S2, что служит оценочной шкалой для определенияпороды-источника. Установлены следующие значения Тmax [8]: Тmax 465 °C –газовая зона.
Порезультатам анализа рассчитывается показатель содержания углеводородов:
Рн= S/(S + S2).
Изэтого следует, что нефтегазонасыщенному коллектору соответствуют высокиезначения S, а нефтематеринским – высокие значения S2, поэтому значения Рнвинтервалах развития коллекторов более высокие [6]. Величина общегоуглеводородного потенциала породы Р представляет собой сумму S и S2.
МетодТДВ позволяет дифференцировать разрез на коллекторы и нефтематеринские породы,а также стратифицировать разрез по геохимическим признакам, когда использованиеметода литостратиграфии затруднено, либо невозможно [7]. Результатыисследований приведены на рис. 2, 3. Подробно результаты будут рассмотрены прикомплексной интерпретации методов ЭПР, ТДП, ОВП.
Метод окислительно-восстановительного потенциала (ОВП)основан на способности химических элементов и соединений создаватьокислительное или восстановительное состояние среды .
Обладаявысокой восстановительной активностью, углеводороды нефтяного рядахарактеризуются пониженными значениями потенциала Еh, что позволяет выявлять поэтому принципу нефтенасыщенные породы-коллекторы [4].
Приисследовании образцов горной породы производят измерения начальных (Ehнач) иконечных (Ehкон) значений ОВП и рассчитывается DEh = Ehкон – Ehнач.
Уменьшениевеличины Ehкон и изменение соотношения начальных и конечных значений Eh (Ehнач
/>
Рис.3.Решение геологических задач методами ЭПР, ТДП и ОВП, скв. 83, Южно-Сергеевскаяплощадь
Впроцессе бурения скв.133 Иглинской площади методом ТДП были выявлены дваинтервала слабонефтенасыщенных коллекторов в турнейских отложениях и одининтервал битуминозных горных пород доманикового возраста. Первый интервал (2118- 2120 м) представлен известняками коричневато-серыми, кристаллическими,неравномерно-пористыми, с вкраплениями нефти. Интервал характеризуется повышеннымизначениями свободных углеводородов – S, низкими значениями остаточногопотенциала S2 и высокими значениями показателя содержания углеводородов Рн (до0,9).
Второйинтервал (2156 – 2161 м) представлен известняками тёмно-серыми,кристаллическими, плотными, крепкими, доломитизированными, с включениямикальцита, участками слабопористыми, с запахом нефтяного газа. Этот интервал,как и предыдущий, характеризуется аналогичными геохимическимипараметрами, высокими значениями S и Рн, низкими значениями S2 и Тmax.
Битуминозныепороды выделены в интервале 2400 – 2432 м. Они представлены чередованиемизвестняков от тёмно-серых до чёрных, глинистых, битуминизированных, саргиллитами тёмно-серыми до чёрного, сланцеватыми, битуминозными. Интервалхарактеризуется повышенными значениями свободных углеводородов S и остаточногопотенциала нефти S2. Показатель содержания углеводородов Рн характеризуетсясредними значениями (0,5 – 0.6). Температура пиролиза Тmax невысока, чтосвидетельствует о потенциальном наличии породы – источника нефти.
Интервалы,выделенные в процессе бурения методом ТДП, достаточно чётко выделяются методомЭПР. Интервалы характеризуются возрастанием количества парамагнитных центров(КПЦ) в несколько раз относительно фоновых значений. На рис. 2 видно, что припрохождении доманиковых отложений, характеризующихся повышенной битуминозностьюизвестняков, количество парамагнитных центров (КПЦ) возрастает в 8 – 12 раз.Аналогичной положительной аномалией парамагнетизма выделяются карбонатныебитуминозные доманиковые отложения и по скв. 83 Южно-Сергеевской площади(интервал 2224 – 2250 м, см. рис.3). Интервал представлен известнякамитёмно-серыми до чёрного, глинистыми, битуминизированными, с прослоями аргиллитатёмно-серого, сланцеватого, битуминозного. Интервал также чётко был выделенметодами ТДП и ОВП. В разрезе этой же скважины по комплексу методовЭПР-спектроскопии, термодесорбции и пиролиза ТДП и ОВП выделен нефтенасыщенныйпласт в песчаниках кыновско-пашийского горизонта.
Опробованиеметодов ЭПР, ТДП и ОВП проводилось на разведочных площадях Башкортостана,Прикаспия, Туркмении и показало их достаточно высокую эффективность, особеннопри исследовании карбонатных коллекторов сложного строения.
Комплекспредлагаемых методов позволяет:
установитьналичие и количество органических веществ в горной породе;
оценитьстепень зрелости ОВ;
выявитьналичие и определить количество свободных углеводородов;
определятьтип нефтенакопления: материнская порода или коллектор и характер насыщенияпласта-коллектора;
проводитькорреляцию разрезов скважин;
получатьинформацию об изменениях геохимических фаций;
локализоватьинтервалы коллекторов и нефтематеринских пород;
выделятьопорные пласты в карбонатных разрезах;
осуществлятьлитологическое расчленение разреза;
определятьпористость горных пород;
осуществлятьвыбор интервалов проведения более детальных работ;
корректироватьинтервалы отбора керна и испытания пластов.
Важнымпреимуществом методов ЭПР, ТДП и ОВП, по сравнению с применяемыми, является то,что они являются инструментальными методами. Это позволяет повыситьдостоверность получаемой информации и проводить её обработку по разработаннымпрограммам с использованием компьютера, то есть появляется возможностьавтоматизировать и компьютеризировать процесс проведения анализов иинтерпретации их результатов с выдачей геологической информации в любом,удобном для дальнейшего использования виде.
Список литературы
АрбузовВ.М., Жувагин И.Г. «Применение элементного анализа и ЭПР-спектроскопиидобываемых нефтей для контроля за разработкой месторождений», Нефтяноехозяйство, 1985, № 5, с. 56-59.
БарташевичО.В. «Нефтегазопоисковая битуминология», М.: Недра, 1984, 244 с.
МуравьёвП.П., Букин И.И. и др. «Изучение геологического разреза в процессе буренияскважин методом ЭПР-спектроскопии». Тр. ВНИИнефтепромгеофизики, Уфа, 1989, вып.19, с. 28 – 35.
МуравьевП.П., Сидорович С.Н. «Изучение окислительно-восстановительного потенциалагорных пород в процессе бурения с целью выделения нефтенасыщенных коллекторов».НТИС «Нефтегазовая геология, геофизика и бурение», М., 1985, вып. 12, с. 18 –20.
МуравьёвП.П., Сидорович С.Н. «Новые методы исследования бурового шлама и керна впроцессе бурения поисковых и разведочных скважин на нефть и газ». Тезисыдокладов Международного симпозиума «Новые высокие информационные технологии длянефтегазовой промышлености», Уфа, 1999 г., с.66.
СидоровичС.Н. «Использование метода пиролиза горных пород при проведениигеолого-технологических исследований», Тр. ВНИИнефтепромгеофизики, Уфа, 1989,вып. 19, с. 22-28.
СидоровичС.Н. «Применение пиролитического метода изучения горных пород при проведениигеолого-технологических исследований». Тезисы докладов областнойнаучно-практической конференции «Состояние и перспективы геолого-геофизическихи технологических исследований, проводимых в процессе бурения скважин». –Тюмень, 1987. – С. 28.
ТиссоБ., Вельте Д. Образование и распространение нефти. – пер. с англ. – М.: Мир,1981, 501 с.