Введение к работе
Объект исследования - спектры затухания акустических волн в образцах песчаных коллекторов на предмет определения их изменения в зависимости от степени флюидонасыщенности и микронеоднородности проницаемости.
В процессе поиска месторождений нефти и газа важным этапом является прогнозирование наличия и состояния углеводородов в резервуаре и последующее уточнение границ газонасыщенных интервалов коллектора. Современный подход к решению этих задач состоит в использовании спектральных характеристик сейсмических сигналов, прошедших через исследуемый интервал разреза. Известно, что в процессе распространения упругих волн в пористых средах, к которым относятся песчаные коллектора нефти и газа, происходит взаимодействие флюида со стенками пор коллектора, что обусловливает частотную дисперсию скорости и поглощение энергии волн наряду с потерями в твердом скелете, жидкой и газообразной фазах породы. Связь изменения кинематических и динамических характеристик (в частности спектральных) акустического сигнала с состоянием и фильтрационно-емкостными свойствами пород дает принципиальную возможность восстановления характеристик породы при интерпретации данных акустических измерений. Развитие данного метода сдерживаются отсутствием единой теоретической модели распространения акустических волн в микронеоднородных средах с переменной газонасыщенностью, что приводит к несогласованным между собой выводам, полученных на основе разных моделей. Расчеты, выполненные на основе различных физических моделей, показывают, что степень флюидонасыщенности по-разному влияет на скорости и частотно-зависимое затухание акустических волн. Экспериментальных же данных, позволяющих обосновать выбор в пользу той или иной модели, в настоящее время недостаточно. Экспериментальные исследования затухания акустических волн направлены, в основном, на измерение декремента затухания (или обратной добротности) в узком частотном диапазоне. В то же время из теории распространения акустических волн в насыщенных пористых средах известно, что использование релаксационных спектров затухания может существенно повысить степень достоверности определения петрофизических характеристик коллекторов нефти и газа при обработке данных акустических измерений. Немногочисленные известные из публикаций эксперименты подтверждают, что спектры затухания изменяются сложным образом, что приводит к неоднозначной оценке соотношения затухания продольных и поперечных волн, измеренных на фиксированной частоте.
Кроме того, известные модели недостаточно полно учитывают
сложность строения пористых сред, обуславливающую
микронеоднородность петрофизических характеристик породы, в частности, проницаемость. В теоретических расчетах пористая среда рассматривается как однородная. Микронеоднородность проницаемости как ключевой петрофизической характеристик породы, не учитывается. Результаты исследования горных пород методами капилляриметрии показывают, что диапазон диаметров поровых каналов, определяющих суммарную проницаемость, может быть широким и порода однородна только в среднем по объему. Экспериментальные исследования влияния микронеоднородности проницаемости на релаксационные спектры затухания можно проверить расчетами, например на основе решений уравнений теории Био.
Актуальность исследования определяется необходимостью экспериментальных исследований процессов распространения акустических волн в песчаных частично насыщенных коллекторах с использованием новых методик и современной цифровой аппаратуры..
Цель исследования - повышение качества и надежности определения фильтрационно-емкостных свойств и флюидонасыщенности песчаных коллекторов на основе экспериментального исследования изменения спектров затухания акустических волн при различной степени флюидонасыщенности, исследование влияния микронеоднородности проницаемости на релаксационные спектры затухания акустических волн.
Задачи исследования:
1. Экспериментально исследовать изменения спектров затухания
акустических волн в ультразвуковом диапазоне частот в зависимости от
степени флюидонасыщенности песчаных пород с различными
петрофизическими свойствами.
2. Установить влияние неоднородности проницаемости песчаных
коллекторов на спектры затухания ультразвуковых волн на основе теории
Био.
Фактический материал, методы исследований и аппаратура
Теоретической основой экспериментальных исследований являются теория распространения акустических волн в упругих и микронеоднородных средах - теория Френкеля-Био, теория «локальных потоков» и др.
Основной метод исследования - лабораторный эксперимент по изучению скоростей и спектров затухания акустических волн на образцах песчаников с различными петрофизическими свойствами. Датчики ультразвуковых волн и генератор возбуждающих импульсов, входящие в
состав установки, модернизированы соискателем для получения широкополосного сигнала. Сигнал с приемника ультразвуковых колебаний регистрировались цифровым осциллографом. Для измерения затухания использовался метод сравнения с эталоном, который включает: проведение акустических измерений на эталонном и исследуемом образце, обработку зарегистрированных сигналов с вычислением скоростей акустических волн и спектров затухания. Частичная водонасыщенность создавалась центрифугированием образцов при различных скоростях вращения центрифуги.
Расчет спектров затухания с учетом микронеоднородности проницаемости проводился с использованием решений уравнений теории Био и опубликованных данных о петрофизических характеристиках и строении порового пространства коллекторов А10 Тянского месторождения нефти.
Защищаемые научные результаты:
1. Экспериментально установлено:
- влияние степени водонасыщения песчаных коллекторов на
акустические параметры проявляется в увеличении отношения спектра
затухания продольных к спектру затухания поперечных волн с
уменьшением степени водонасыщенностия;
- существуют две группы песчаников, различающиеся
зависимостью скоростей продольных волн от степени
водо насыщенности: для песчаников 1-й группы эта зависимость близка к
положительной линейной, у песчаников 2-й - зависимость существенно
нелинейная.
2. Объемная неоднородность проницаемости песчаных
коллекторов, проявляется в виде изменения величины и ширины
релаксационного пика и его смещения в область более низких частот,
которое возрастает с увеличением степени микронеоднородности
проницаемости породы.
Научная новизна и личный вклад:
1. Адаптация методики определения декремента затухания акустических волн к определению релаксационных спектров затухания потребовала расширения частотного диапазона измерений акустического сигнала, что было достигнуто уменьшением длительности сигнала с помощью следующих приемов:
подбором длительности возбуждающего импульса;
применением длинного демпфера для исключения влияния волны, отраженной от дальнего конца демпфера;
- использованием свинца в качестве протектора, что одновременно
обеспечило стабильность контакта датчика с образцом.
2. Экспериментальными исследованиями и расчетами установлено:
спектры затухания акустических волн трансформируются при изменении степени флюидонасыщенности, что указывает на изменение распределения времен релаксации и, возможно, механизмов релаксации;
два вида песчаника различаются линейной и нелинейной зависимостью скорости продольной волны от степени флюидонасыщенности;
расчеты релаксационных спектров затухания упругих волн с использованием решения уравнений теории Био, данных капилляриметрии и петрофизических характеристик образцов песчаных коллекторов показали, что частота максимума затухания сдвигается в область низких частот, следовательно, спектр волны будет более высокочастотным.
Научная и практическая значимость
использованная методика является вкладом в развитие методической составляющей экспериментальных исследований по определению петрофизических характеристик пород;
учет трансформации релаксационных спектров затухания и изменения распределения времен релаксации повысит качество построения петрофизических моделей горных пород;
применение отношения спектра затухания продольной волны к спектру поперечной волны в совокупности с коэффициентом Пуассона увеличит степень надежности вьщеления газонасыщенных интервалов песчаных коллекторов;
учет микронеоднородности проницаемости пористых сред значительно повысит степень достоверности расчета релаксационных спектров затухания акустических волн.
Апробация работы
Основные результаты были представлены на конференциях и конгрессах: Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2011» (Новосибирск, 2012), Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2012» (Новосибирск, 2012), Конференция SPE «Петрофизика XXI / Petrophysics XXI» (Тюмень, 2012).
Полученные научные результаты изложены в 5 публикациях: 1 монография, 4 статьи в российских рецензируемых научных журналах, рекомендованных Перечнем ВАК (3 - Технологии сейсморазведки, 1 -Каротажник).
Благодарности
Автор выражает благодарность научному руководителю д.г.-м.н. Э. И. Машинскому за плодотворное сотрудничество, а также д.т.н. И.Н. Ельцову, д.т.н. Ю.И. Колесникову, д. ф-м. н Б.П. Сибирякову, д.г.-м.н. И.Р. Оболенцевой, к.г.-м.н. Л.М. Дорогиницкой за полезные советы и обсуждения.
Автор благодарит коллектив лаборатории за помощь в выполнении экспериментальных работ.
Автор выражает благодарность Самойловой В.И. за помощь в редактировании диссертации.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения с общим объемом 84 страницы, содержит 36 рисунков и 3 таблицы. Список литературы включает 93 наименования.
