ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Сложность строения, состава и свойств нефтегазоперспективных отложений, залегающих на больших глубинах при значительных давлениях и температурах, и ограниченность их геологического изучения обусловливают необходимость применения для этой цели передовых геоинформационных технологий и аппаратурно-методических комплексов. Специалисты ОАО НПЦ «Недра» на основании системного анализа современного состояния применения магнитно-резонансных исследований горных пород при строительстве глубоких скважин в различных НГП России и за рубежом пришли к выводу о необходимости создания петрофизической базы применения импульсной модификации ЯМР в сильном магнитном поле для изучения свойств и структуры горных пород и флюидов [Тарханов Г.В., Горбачев В.И., Есипко О.А. и др. Разработать аппаратурно-методический комплекс стационарных и полевых магнитно-резонансных исследований каменного и флюидного материала для выявления перспективных объектов в разрезах глубоких и сверхглубоких скважин на нефть и газ (заключительный). Объект № 7.2-04/08. Отчет о НИР. Гос. контракт № ПС-03-43/2. /ОАО НПЦ «Недра». ГР № 643-08-28. Инв. № 497297. –Ярославль. -2010.]. В настоящее время существуют реальные возможности для создания и использования специализированного аппаратурно-методического комплекса изучения состава и свойств глубокозалегающих пород при строительстве поисковых, опорных и параметрических скважин на нефть и газ, в котором будет учтен накопленный опыт предыдущих исследований. По ряду параметров (комплексность изменений, точность, технологичность, достоверность) разрабатываемый комплекс должен превзойти существующие аналоги.

В ОАО НПЦ «Недра» создана упомянутая выше петрофизическая база и обоснованы петрофизические предпосылки использования ЭПР при анализе состава и состояния материала.

Разработан и используется параметрический ряд петрофизических методик определения состава, структуры и свойств горных пород и полезных ископаемых в стационарных/лабораторных и полевых/мобильных условиях посредством МРИ, в основном ядерно-магнитных исследований (ЯМИ) каменного и флюидного материала, извлеченного из поисково-разведочных скважин в процессе их бурения на нефтегазоносные отложения, в том числе глубокого залегания.

Созданы и применяются сертифицированные технические и методические средства отечественного производства для метрологического обеспечения и стандартизации функционирования и реализации аппаратурного и методического комплексов петрофизических МРИ в сильных и слабых магнитных полях, в том числе ГСО/ОСО и МВИ/МИ.

Нарастающая сложность объектов и условий геолого-геофизических работ (увеличение пластовых глубин, давлений и температуры, ухудшение свойств коллекторов, повышение требований к информации) обуславливает снижение эффективности традиционного комплекса геофизических, петрофизических, геохимических и других ис­следований. В связи с этим возрастает актуальность использования современных ядерно-магнитных исследований при поиске, разведке и разработке месторождений горючих и других ископаемых особенно в трудных горно-геологических условиях страны. Изучение физических особенностей и анализ опыта проведения ядерно-магнитных исследований нефтегазовых залежей в различных магнитных полях позволили выявить существенные преимущества импульсных методов ЯМИ в информативности, экспрессности и пород и флюидов.

Магнитно-резонансные исследования обладают высокой чувствительностью, информативностью и широкими методическими возможностями. Прямая оценка количества водородосодержащего флюида в поровом пространстве породы и его подвижности обеспечивают надежное решение задачи прямого выделения и оценки сложнопостроенных пород-коллекторов. Поскольку определения выполняются в оперативном режиме, то эти задачи могут быть решены непосредственно в процессе бурения скважины.

Исследование петрофизических связей ЯМР характеристик позволяет оценивать целый ряд параметров пород-коллекторов, в том числе пористость, остаточную водонасыщенность, нефтенасыщенность, остаточную нефтенасыщенность, распределение пор по размерам, проницаемость и др. Кроме того, методы ЯМИ позволяют определять реологические характеристики и фазовый состав пластовых флюидов. По данным ЭПР исследований можно определять вещественный состав пород и их органическую составляющую.

Полученные результаты позволили обосновать состав и требования к аппаратурно-методическому комплексу полевых магнитно-резонансных исследований каменного и флюидного материала при строительстве глубоких скважин, в который входят:

- ЯМР релаксометра в сильном магнитном поле для изучения образцов керна, шлама и флюидов;

- аппаратуры ЭПР для исследования образцов шлама и флюидов.

Выполненное обоснование состава, структуры и элементов аппаратурно-методического комплекса (АМК) магнитно-резонансных исследований позволяет проводить анализ каменного и флюидного материала при строительстве глубоких скважин непосредственно в полевых условиях. Повышение эффективности и геологической информативности исследований глубокозалегающих отложений обеспечивает оптимальный выбор петрофизических параметров, которые определяются при проведении этого анализа.

Разработка структурно-функциональной схемы аппаратурно-методического комплекса и модернизация его модулей и блоков с целью обеспечения работоспособности в полевых условиях позволили создать макет экспериментального образца программно-управляемого АМК для стационарных и полевых магнитно-резонансных исследований каменного и флюидного материала, что позволяет определять петрофизические параметры глубокозалегающих отложений в оперативном режиме непосредственно в процессе бурения скважины.

Проведенное тестирование макета экспериментального образца аппаратурно-методического комплекса на коллекции образцов пород путем сравнения результатов магнитно-резонансных исследований с данными стандартного анализа показало работоспособность АМК МРИ и достоверность петрофизических параметров, определенных с его помощью.

Методическое обеспечение АМК стационарного назначения и применения в лабораторных условиях разработано в соответствии с задачами и технологическим процессом его функционирования и включает петрофизический ряд ЯМР и ЭПР методик определения/ оценки основных параметров горных пород. На основе этих методик по каменному и флюидному материалу из глубокозалегающих отложений определяют открытую, эффективную и общую пористость, содержание свободной и связанной воды, остаточную водонасыщенность, начальную и остаточную нефтебитумонасыщенность. фазовую проницаемость, распределение пор по размерам, показатель смачиваемости поверхности (гидрофильность/ гидрофобность), глинистость и вещественный состав глин, содержание рассеянного и концентрированного органического вещества, плотность пластовых УВ, интегральную и фазовую вязкости нефтей.

На основе проведенных разработок и исследований, создания и опробования технического, методического, метрологического, программного и иного обеспечения аппаратурно-методического комплекса магнитно-резонансных исследований горных пород и флюидов в нефтегазоносных толщах и апробации АМК МРИ на разрезах ГС и СГС разработаны методические рекомендации по оценке перспектив нефтегазоносности глубоких горизонтов на основе магнитно-резонансных исследований каменного и флюидного материала глубоких и сверхглубоких скважин.

В рекомендациях изложены физико-теоретические основы ядерного магнитного и электронного парамагнитного резонанса (ЯМР и ЭПР, соответственно) и петрофизические предпосылки использования магнитно-резонансных, включая ЯМР и ЭПР, исследований для решения геолого-геофизических задач, основные принципы блочно-модульного построения и функционирования технической базы АМК на основе релаксометра ЯМР анализатора и спектрометра ЭПР, методического обеспечения реализации АМК МРИ стационарного назначения и полевого применения в виде комплексной методики петрофизических исследований по керну, петрофизического каротажа по шламу и экспресс-тестирования пластовых флюидов, технические и методические средства метрологизации и стандартизации комплекса, включающие государственные стандартные образцы для поверки аппаратуры ЯМР и ЭПР и эталонирования определительских методик, в том числе методики выполнения измерений (МВИ) пористости по керну и шламу, программное обеспечение, реализованное в АМК, автоматизации измерительно-аналитических процессов при МРИ каменного и флюидного материала в полевых и лабораторных условиях и вопросы использования результатов ядерно-магнитных исследований при оценке нефтегазоносности глубоких горизонтов.

Результаты апробации экспериментального образца аппаратурно-методического комплекса магнитно-резонансных исследований на каменном и флюидном материале ряда глубоких и сверхглубоких скважин показали хорошие возможности разработанной аппаратуры ЯМИ для оперативной количественной оценки важнейших физических параметров пород и флюидов из глубокопогруженных отложений. На основе проведенной апробации комплекса ЯМИ впервые получены достоверные сведения об общей пористости, остаточной водонасыщенности, эффективной пористости и структуре пустотного пространства пород-коллекторов, реолого-плотностных свойствах и фазовом составе флюидов на больших глубинах.

На основе выполненных опытно-методических работ по апробации МРИ на материалах ряда глубоких и сверхглубоких скважин подготовлен проект плана мероприятий по внедрению АМК магнитно-резонансных исследований каменного и флюидного материала на предприятиях Роснедра, позволяющий существенно повысить оперативность и эффективность получаемой информации о физических свойствах всего объема каменного и флюидного материала, поступающего на устье бурящихся скважин.