Спосіб виготовлення фізичних моделей пластів гірських порід

Винахід відноситься до області геофізичних досліджень в нафтогазових свердловинах і призначений для виготовлення повномасштабних фізичних моделей пластів порід-колекторів, що використовуються для градуювання і калібрування приладів нейтрон-нейтронного каротажу (ННК) та іншої свердловинної апаратури (гамма-гамма каротажу (ГГК), імпульсного нейтроннейтронного каротажу (ІННК) тощо). Для градуювання і калібрування каротажних приладів необхідно, щоб робоче тіло моделі було класифіковано як стандартний зразок, тобто щоб з заданою точністю були визначені петрофізичні параметри речовини робочого тіла: хімічний склад, пористість, густина (маса одиниці об'єму або об'ємна маса), однорідність та ін. Градуювання і калібрування приладів ННК прийнято виконувати на стандартних зразках гірських порід, скелетом яких є кальцит СаО3 з мінеральною густиною d=2,71г/см 3, а значення коефіцієнта пористості kП лежать в інтервалі ~1-40%. Для отримання поправок до градуювальної характеристики за літологію використовують стандартні зразки на основі кварцу SiО2 (d=2,65г/см 3) та доломіту CaMg(CO3) 2 (d=2,90г/см 3). Для виготовлення фізичних моделей пластів порід-колекторів, призначених для побудови градуювальних характеристик приладів ННК (залежності показань від пористості), використовують натуральні блоки гірських порід, вирізані в кар'єрах, та насипний матеріал, отриманий з відповідних гірських порід (наприклад, із мармуру) у вигляді щебеню або піску [1-3]. Часто для отримання необхідного ряду значень пористості, що охоплює весь інтервал її зміни, використовують комбінацію блочних та насипних моделей [3]. Якщо, крім пористості та хімічного складу, моделі атестують як стандартні зразки за густиною (об'ємною масою), то цей же набір моделей можна використати для градуювання приладів ГГК. Крім того, моделі можуть бути атестовані за величиною поглинання теплових нейтронів (для чого визначають макроскопічний переріз поглинання S а або час життя нейтронів t). Моделі, пори яких насичені водним розчином солі NaСl різної концентрації, можуть бути використані для градуювання приладів ІННК та ННКт за мінералізацією порового флюїду з метою визначення характеру насичення колекторів. Моделі, виготовлені з натуральних монолітних блоків [1, 2], мають ряд переваг: вони дозволяють імітувати необсаджену свердловину заданого діаметра (без додаткових труб), мають стабільні в часі петрофізичні властивості, можуть використовуватись довгий час (десятки років). До недоліків таких моделей відноситься досить складна технологія їх виготовлення (зокрема, необхідність використання вакуумних камер при насиченні пор флюїдом), тр уднощі при підборі блоків з потрібними значеннями пористості (щонайменше 3-4 точки kП, в інтервалі ~1-40%), відмінності між блоками різної пористості за хімічним складом скелету та його мінеральною густиною, а також наявність неоднорідностей в об'ємі можного блоку за хімічним складом, пористістю, густиною та іншими параметрами, утр уднений контроль цих неоднорідностей. Насипні моделі, що вибрані як прототип винаходу, виготовляють з мармурового щебеню, кварцового піску та інши х насипних матеріалів [1, 3]. Пористість насипних моделей лежить в інтервалі ~15-40%. Їх виготовляють в металевих ємностях з розмірами, що забезпечують відсутність крайових ефектів при даній пористості для даного типу приладів. Свердловину в моделі насипного типу імітують за допомогою труби (наприклад, із сталі або дюралюмінію) заданого зовнішнього діаметра і товщиною стінки ~2мм. Трубу встановлюють по осі ємності. Ємність заповнюють насипним матеріалом і насичують пустоти, що імітують пори, заданим флюїдом. Недоліками насипних моделей пластів гірських порід є: - осадка насипного матеріалу внаслідок струсів і вібрацій, що призводить до зміни з часом пористості і об'ємної маси моделі; - вплив матеріалу і товщини стінок труби, що імітує свердловину, на показання приладу, наприклад, вплив заліза як аномального непружного сповільнювача і сильного поглинача нейтронів на показання нейтронних методів (при тому, що оцінка величини цього впливу на градуювальну залежність є складною задачею); - вплив відхилення від породи (на величину товщини труби) приладу, притиснутого до стінки свердловини; - у випадку використання комбінації блочних і насипних моделей для градуювання приладу частина точок kП співвідноситься з показаннями приладу для необсадженої свердловини (блочні моделі), а на іншу частину точок має вплив тр уба, що імітує свердловину (насипні моделі) - в результаті градуювальна залежність зазнає деякого викривлення, похибку від якого при визначенні пористості важко оцінити; - неоднорідність породи за пористістю і густиною, особливо біля стінок труби, що імітує свердловину; Вказані недоліки можуть істотно впливати на шукану градуювальну залежність для конкретного приладу ННК і, відповідно, можуть призвести до систематичних похибок, які важко або неможливо врахувати при визначенні пористості. Метою винаходу є побудова монолітних фізичних моделей порід-колекторів на основі насипного матеріалу для підвищення точності градуювання і калібрування приладів ННК і іншої каротажної апаратури, і в результаті - для зменшення похибок визначення пористості та інших параметрів колекторів. Розв'язання задачі досягається тим, що до кожної певної порції вихідного насипного матеріалу (мармурового щебеню, кварцового піску тощо) додають цемент в мінімальній кількості, достатній для скріплення окремих частинок насипного матеріалу після його цементування (наприклад, 10% цементу від ваги сухого матеріалу), а також прісну воду в кількості, достатній для отримання суміші тугопластичної консистенції (наприклад, 3-4% від загальної ваги цементу і насипного матеріалу), отриману суміш перемішують механічним засобом (наприклад, за допомогою бетономішалки) до однорідного стану і, завантажують порціями у певному порядку в формуючу ємність (наприклад, у циліндричний бак необхідного розміру) з установленою по її вертикальній осі трубою з зовнішнім діаметром, рівним діаметру свердловини, після завантаження кожної окремої порції дають певний строк для цементації суміші, поступово заповнюють формуючу ємність, видаляють трубу, яку використовували для формування свердловини, насичують пори флюїдом і отримують монолітну модель пласта, гірської породи, пересічену необсадженою свердловиною. Така модель має наступні переваги: - висока стабільність в часі пористості та інших параметрів; - виключається вплив труби - імітатора свердловини - на покази свердловинного приладу та на його градуювальну характеристику; - поліпшується однорідність робочої речовини моделі; - достатня для практичних цілей близькість петрофізичних, нейтронних і інших параметрів насипної і монолітної моделі на основі того ж насипного матеріалу. В табл.1 і 2 приведено дані, що характеризують монолітну фізичну модель вапняку пористістю kП=44±1% (модель №1), виготовлену на основі мармурового щебеню в ВАТ "Дослідноконструкторське бюро геофізичного приладобудування" (ВАТ ДКБ ГП м.Київ). Табл.1 складена за результатами лабораторних аналізів. В табл.2, отриманій згідно даних табл.1, приведені параметри монолітної моделі №1, пори якої насичені прісною водою, а також відповідні дані для розрахункових моделей з того ж насипного матеріалу (мармуровий щебінь) та з чистого кальциту (CaСO3, d=2,71г/см 3). Таблиця 1 Валовий хімічний склад, речовини скелету моделі №1 та її компонентів ЗцементоПортландМармуровий ваний цемент Хімічний мармур, щебінь М-500 3 склад щебінь (d=2,70г/см ), (d=3,20г/см 3), 3 (d=2,73г/см ), %мас. %мас. %мас. SiO2 2,00 1,09 21,64 ТіО2 0,04 0,01 0,45 Аl2О 3 0,49 0,37 4,55 Fe2O3 0,36 0,01 4,62 MgO 0,56 0,54 1,11 CaO 55,23 54,57 62,34 Na2O 0,11 0,11 0,43 K2O 0,08 0,06 0,64 S 0,11 0,02 2,35 Cl 0,00 0,00 0,04 H2O 0,47 0,23 0,29 CO2 40,14 42,59 0,98 Таблиця 2 Співставлення параметрів фізичної моделі №1 та відповідних розрахункових моделей ПараФізична метри модель №1 kП, % d, г/см 3 Ls, см Ld, см 44+1 Насипна модель Модель з Прісна (мармур, кальциту вода щебінь) 44 44 100 1,97±0,02 1,95 1,96 1,00 9,42±0,06 4,64±0,06 9,47 4,75 9,48 4,73 7,23 2,70 Lm,см 10,55±0,10 S а, см - 0,0123±0,0002 1 t, мксек 321,27±3,40 10,63 10,65 7,78 0,0120 0,0120 0,0195 329,3 330,88 204,73 Позначення в таблиці 2: Ls і Lm - довжина сповільнення і довжина міграції нейтронів для Pu-Be джерела; Ld, S а і t - довжина дифузії, макроскопічний переріз поглинання і час життя теплових нейтронів, відповідно. Приведені в табл.2 параметри є основними при визначенні густини потоків надтеплових і теплових нейтронів, від якої залежить швидкість лічби детекторів, що використовуються в приладах ННК. З табл.1 видно, що хімічний склад та мінеральна густина скелету монолітної моделі дещо відрізняються від відповідних параметрів мармурового щебеню, який є основним компонентом моделі. Це є наслідком впливу доданого у відносно невеликій кількості (~10% вагових) портландцементу що за своїм хімічним складом істотно відрізняється від мармурового щебеню. Як видно з табл.2, незважаючи на відмінності у складі і мінеральній густині скелету, петрофізичні і нейтронні параметри виготовленої монолітної фізичної моделі пористістю 44±1% (скелет - зцементований мармуровий щебінь) практично співпадають з характеристиками розрахункових моделей такої ж пористості: насипної моделі з того ж мармурового щебеню та моделі, скелетом якої є чистий кальцит. При виготовленні серії монолітних моделей різної пористості, ви хідну речовину (щебінь) бажано взяти з одним і тим же хімічним складом та з сталим значенням d. Щебінь розділяють на групи фракцій, наприклад, (4-10)мм і (1-3)мм, висушують до повітряно-сухого стану (масова вологість Wm