Поиск алгоритма учета влияния глинистых минералов на петрофизические и геофизические характеристики пластов-коллекторов

Существующие алгоритмы количественной интерпретации ГИС с целью определения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) используют интегральные характеристики глинистых минералов.( например?). Многими исследователями отмечается, что проницаемость пород-коллекторов зависит от структуры и состава глинистого материала.

Известно, что в цементах коллекторов Западной Сибири преобладают смешано-слойные образования ряда гидрослюда-монтмориллонит, каолинит, хлорит, гидрослюда. С глубиной соотношение содержания глинистых минералов изменяется. Начиная с глубины 2200-2400м и глубже, практически отсутствует монтмориллонит и преобладают каолинит, гидрослюда, хлорит. Причем в ряду песчаники-глины соотношение минералов также изменяется; в породах неокома Широтного Приобья отмечаются следующие концентрации: песчаники – каолинит -70, хлорит -15, гидрослюда -15; глины – каолинит -15, хлорит -45, гидрослюда -45%. До глубины залегания отложений тюменской свиты идет уменьшение концентрации каолинита. В породах тюменской свиты, особенно в шеркалинской пачке, наблюдается резкое увеличение каолинита.

Для изучения влияния минералогии глин на ФЕС пород-коллекторов была подобрана коллекция керна по меловым и юрским отложениям площадей Широтного Приобья: Талинская, Приобская, Вачимовская, Верхнеколикьеганская, Сугмутская и др. На кернах проведены стандартные петрофизические исследования, ренгеноструктурный анализ и ядерно-физические исследования. В результате определены пористость Кп, проницаемость Кпр, содержание каолинита, хлорита, гидрослюды, глинистость, водородосодержание, содержание естественных радиоактивных элементов и общая радиоактивность. В коллекцию входили образцы пород пластов АС, БС, Ю₁, Ю₂-Ю₃, Ю₁₀-Ю₁₁ ачимовской пачки. Практически на всех площадях и всех отложениях проявляется общая закономерность в соотношении пористости и проницаемости в зависимости от содержания каолинита, хлорита, гидрослюды. На рис.1 приведено сводное соотношение Кп-Кпр с разделением пород по содержанию глинистых минералов.

Как отмечается в работе И.Н.Ушатинского, О.Г.Зарипова, «…основной закономерностью высокопроницаемых коллекторов Западной Сибири является доминирование в их цементе катагенетического порового каолинита, частью хлорита… Минеральный состав глинистого цемента тесно связан, таким образом, с качеством коллекторов, с качеством коллекторов. Преобладание в цементе песчаников порового аутигенного каолинита с крупными размерами частиц и беспорядочным расположением их в пространстве повышает проницаемость коллекторов в десятки раз по сравнению с породами, в цементе которых находятся тонкодисперсные, сорбционноемкие глинистые материалы (чаще аллотигенные)». Исходя из этого, для практических целей зависимости Кпр=f(Кп) необходимо получать с учетом типа глинистого цемента. Отсюда вытекают несколько практических выводов:- критерии коллектор-неколлектор целесообразно определять с учетом типа глинистого цемента;- критерии оценки характера насыщения также необходимо определять с учетом типа глинистого цемента; - технологии вскрытия и освоения продуктивных пластов должны учитывать тип глинистого цемента.

Поскольку рентгеноструктурный анализ, дающий полуколичественную оценку содержания глинистых минералов во фракции 0,01мм, дорог и производится дискретно на выборочных образцах керна, то возникает потребность оценки глинистых минералов по данным петрофизики и ГИС. (На примере вышеизложенной методики сделаны расчеты по содержанию каолинита в отложениях юры Хохряковского месторождения).

Проанализируем возможные варианты оценки глинистых минералов по радиометрическим данным. Естественная радиоактивность глинистого цемента Qгл определяется радиоактивностью и содержанием глинистых минералов:

Qгл = КкQк(δк/δгл) + КхQх(δх/δгл) + КгQг(δг/δгл), (1)

где Кк,Кх,Кг, Qк, Qх, Qг, δк, δх, δг – содержание, радиоактивность и плотность каолинита, хлорита, гидрослюды соответственно; δгл – плотность глины.

Рассмотрим три минерала, поскольку на интересующих глубинах монтмориллонит практически отсутствует.

Аналогично выразим водородосодержание глинистого материала Wгл:

где Wк, Wх, Wг – водородосодержание каолинита, хлорита и гидрослюды соотвественно.

Учитывая, что плотности глинистых минералов относительно близки друг другу, можно составить систему уравнений:
Qгл = КкQк + КхQх + КгQг

Wгл = КкWк + КхWх + КгWг (3)

1 = Кк + Кх + Кг
Если предположить, что радиоактивность и водородосодержание отдельных минералов достаточно стабильны по площади и разрезу, то система уравнений разрешима относительно Кк, Кх и Кг. Так, после элементарных преобразований имеем уравнения (4) – (6):
Кк = <sup>WгQх + WхQгл + WглQг – QглWг – QгWх – QхWгл

WгQх + WхQк + WкQг – QкWг – QгWх – QхWк</sup>
К г= <sup>WглQх + WхQк + WкQгл – QкWгл – QглWх – QхWк

WгQх + WхQк + WкQг – QкWг – QгWх – QхWк</sup>
Кх = <sup>WгQгл + WглQк + WкQг – QкWг – QгWгл - QглWк

WгQх + WхQк + WкQг – QкWг – QгWх – QхWк</sup>
Из уравнений (4) – (6) видно, что определяющими параметрами являются водородосодержание Wгл и радиоактивность Qгл глинистого материала:
Wгл = (W-Кп)/Кгл = (1-Кп)Wтв/ Кгл = Wтв/Сгл; (7)

Qгл = δп[Qп – (1 – Кгл – Кп)]Qскδск/δп/δглКгл , (8)

Из выражения (7,8) видно, что для расчета Wгл и Qгл необходимо определить Wтв, Cгл, Qп и Qск.

Водородосодержание твердой фазы можно определить на керне, а также рассчитать по данным нейтронного, гамма-гамма-плотностного, акустического каротажа и ПС:

Wтв = (W_Σ – Кп)/(1 –Кп), (9)

где W_Σ – суммарное водородосодержание породы, определяемое по данным нейтронного каротажа; Кп – коэффициент пористости, определяемый по данным ГГКП, АК и ПС.

Радиоактивность породы Qп определяется по данным гамма каротажа (ГК). Глинистость рассчитывается по данным ПС или ГКМ в меловых отложениях, ГК – в юрских отложениях. Сложнее определить Qск, его можно оценить эмпирически по керну или с использованием данных спектрометрического гамма-каротажа. В табл.1 приведены сведения о ядерно-физических параметрах отдельных глинистых минералов.

Ядерно-физические свойства глинистых минералов

Qх = 0,4пг-эквRa/г, Qк = 3,24пг-эквRa/г, Qг = 3,5 пг-эквRa/г

Wх = 35%, Wк =36,6%, Wг = 18,6%.

Для заданных значений построена палетка определения Кк, Кх, Кг (рис.2). В табл.2 приведены результаты расчетов Qгл и Wгл в породах отдельных свит.

Таблица 2

Расчет значений Wгл, Qгл, δгл для песчаников севера ЗСН.

Радиоактивность скелета оценивалась по экспериментальным исследованиям радиоактивности алевритовой и песчаной фракций, а также расчетом с использованием формулы (8). Радиоактивность скелета изменяется от 0,5 до 3,5 пг-эквRa/г, наиболее вероятное значение 2,2-2,3 пг-эквRa/г. Очевидно, что в каждом конкретном случае необходимо производить раздельную оценку Qск.

Одним из частных способов определения Qгл и Wгл может быть следующий. Работами прошлых лет [ ] установлено, что в ряде отложений, и прежде всего, юрских отложениях Западной Сибири отмечаются тесные корреляционные зависимости между общей радиоактивностью и водородосодержанием твердой фазы и глинистостью. Аналитически эти связи выражаются уравнениями:

Qп = Wтв(Qгл – Qск)/Wгл + Qск; (10)

Выражение (Qгл – Qск)/Wгл – есть угловой коэффициент зависимости Qп = f(Wтв), обозначим его А.

Выражение (Qгл – Qск) – есть угловой коэффициент зависимости Qп = f(Сгл), обозначим его В.

Тогда искомые параметры выразятся:

Достаточно простым способом оценки содержания каолинита может быть следующий подход. Водородосодержание гидрослюды (19%) значительно меньше водородосодержания каолинита и хлорита. Следовательно, с ростом содержания гидрослюды уменьшается водородосодержание твердой фазы, приведенное к единице глинистости Wтв/Сгл. В том случае, когда между Qп и Сгл существует корреляционная связь (например, в отложениях тюменской свиты), то вместо Wтв/Сгл можно использовать параметр Wтв/Q. Совместный анализ параметров Wтв/Q и Wтв/Сгл показал, что они имеют тенденцию прямой связи с содержанием каолинита (рис.3). Таким образом, по сопоставлению Wтв/Сгл и Wтв/Q можно разделить породы с существенно каолинитизированным цементом (каолинита > 65 -70%) и породы с существенно хлорит-гидролюдистым цементом (каолинита < 65 -70%). Все это справедливо для пород неуглистых и некарбонатных.

Соответственно оценив по данным НКТ, ГГК, ПС Wтв по выражению (7), Q по ГК и Сгл по ПС в меловых отложениях, рассчитываются отношения Wтв/Q или Wтв/Сгл и по ним с использованием сопоставлений (см.рис.3) оценивается содержание каолинита.

Итак, установлено, что соотношение типов глинистых минералов в породе во многом определяет характер зависимости между пористостью и проницаемостью. Данное обстоятельство необходимо учитывать при оперативной интерпретации, подсчете запасов, вскрытии, испытании и разработке пластов.

Предложен алгоритм полуколичественного определения каолинита, хлорита и гидрослюды по данным ядерной петрофизики и радиометрии скважин.

Намечены пути оценки соотношения глинистых минералов в группах пластов по данным НКТ, ГГК, ГК, ПС.