Спосіб визначення параметрів густини піщано-глинистих порід комплексом радіоактивного каротажу

Реферат: UA 95931 U UA 95931 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі геофізичних свердловинних досліджень гірських порід і призначена для визначення петрофізичних параметрів порід за допомогою комплексу методів радіоактивного каротажу (РК) - гамма-гамма-каротажу (ГГК), нейтрон-нейтронного каротажу (ННК) і гамма-каротажу (ГК). Основні області застосування корисної моделі - дослідження нетрадиційних колекторів газу (метановугільні розрізи, ущільнені пісковики, глинисті сланці); дослідження нафтогазоносних теригенних порід, інженерно-геологічні дослідження приповерхневих піщано-глинистих порід. До параметрів густини піщано-глинистих порід належать: загальна густина породи; густина флюїду; густина твердої фази; густина скелетних кварцових зерен і кварцових частинок глинистого матеріалу; густина глинистого матеріалу; густина глинистих мінералів. Такі параметри, як густина води і кварцу, можна вважати апріорі заданими, а решта потребують визначення. Прийнята петрофізична модель піщано-глинистих порід є наступною. Порода складається з твердої фази і пор, насичених водою. Тверда фаза породи, в свою чергу, складається з скелетних кварцових зерен і глинистого матеріалу. Останній являє собою суміш частинок глинистих мінералів різного типу і частинок інших мінералів, переважно кварцу. Глинисті мінерали містять у собі хімічно зв'язану воду і характеризуються хімічним складом, густиною та водневим індексом. Визначення густини глинистих мінералів і їх зіставлення з іншими параметрами (зокрема, з водневим індексом) в свердловинному розрізі дозволяє в ряді випадків провести ідентифікацію цих мінералів. Отримана інформація про переважний тип глинистих мінералів має прикладне значення. Наприклад, монтморилоніт характеризується сильним набуханням і пластичністю, що утруднює гідророзрив пласта (ГРП) для нетрадиційних колекторів, а гідрослюда вказує на крихкість порід, що сприяє ГРП. Монтморилоніт істотно впливає на фізико-механічні властивості вологих ґрунтів, що потрібно враховувати при будівництві фундаментів споруд. Присутність каолініту, хлориту і гідрослюд є характерною ознакою продуктивних нафтогазових теригенних відкладів (в тому числі для нетрадиційних колекторів - ущільнених пісковиків). Практичне значення має також визначення густини глинистого матеріалу як параметра загальної глинистості. Як прототип вибрано спосіб визначення мінеральної густини скелета (твердої фази) гірської породи [1]. Згідно з цим способом, густину твердої фази при повному водонасиченні пор розраховують за допомогою параметрів, отриманих комплексом радіоактивного каротажу (ГГК, ННК, ГК), за формулою:   wkп , (1) s  1 kп 3 де  s - густина твердої фази породи, г/см ; 3  - загальна густина породи, г/см ; 3 3  w - густина води, г/см , яка апріорі задана (наприклад, для прісної води  w  100 г/см ); , k п - коефіцієнт загальної пористості, долі одиниці (д.о.) Загальну густину породи 5 в формулі (1) визначають за градуювальною залежністю ГГК (залежність показань даного приладу ГГК від густини при заданих умовах вимірювань). Загальну пористість k п в формулі (1) визначають за допомогою комплексу ННК+ГК з використанням градуювальної залежності показань приладу ННК від водонасиченої пористості при заданих умовах вимірювань та градуювальної залежності показань ГК від відносного масового вмісту глинистих мінералів [2] або градуювальної залежності показань ГК від відносного масового вмісту глинистого матеріалу [2, 3]. Недоліком прототипу є недостатньо повне використання результатів комплексу РК при визначенні параметрів густини компонентів породи. Зокрема, крім густини твердої фази, за тим же комплексом ГГК+ННК+ГК разом з апріорі заданими константами можна визначити густину глинистих мінералів і густину глинистого матеріалу. Метою корисної моделі є розширення інформативності радіоактивного каротажу при свердловинних дослідженнях піщано-глинистих порід шляхом додаткового визначення параметрів густини, пов'язаних з глинистістю цих порід. В основу корисної моделі поставлено задачу визначення густини глинистих мінералів  cl і густини глинистого матеріалу ГГК+ННК+ГК.  sh на основі даних комплексу радіоактивного каротажу 1 UA 95931 U Згідно з прийнятою петрофізичною моделлю, використаємо зв'язок між густиною твердої фази  s піщано-глинистої породи і густиною її компонентів - глинистих мінералів  cl та скелетних кварцових зерен разом з кварцовими частинками глинистого матеріалу:  s  Cclcl  Cqu1 qu , (2) 5 де  s - густина твердої фази породи;  cl - густина глинистих мінералів;  qu - густина кварцового компонента; Ccl - відносний масовий вміст глинистих мінералів в складі твердої фази; 10 15 Cqu1  1 Ccl  - відносний масовий вміст кварцу в складі твердої фази. Згідно з виразом (2), шукана густина глинистих мінералів дорівнює:  s  C qu1 qu s  Ccl . (3) Таким чином, густину глинистих мінералів як компонента піщано-глинистої породи можна визначити за допомогою різниці між густиною твердої фази  s і густиною кварцового компонента  qu в твердій фазі породи з урахуванням відносного вмісту цього компонента в твердій фазі шляхом ділення вказаної різниці на масовий вміст глинистих мінералів. Використовуючи вираз (1) для густини  s , перепишемо вираз (3) для густини глинистих мінералів у вигляді:  cl  20 25 30 де  cl - шукана густина глинистих мінералів;  - загальна густина породи, яку визначають за ГГК; Ccl - відносний масовий вміст глинистих мінералів у складі твердої фази породи, який визначають за ГК; k п - пористість водонасиченої піщано-глинистої породи, яку визначають за комплексом ННК+ГК;  w ,  qu - константи (густина води і кварцу, відповідно), значення яких задають апріорі. Отже, густину глинистих мінералів визначають розрахунковим шляхом за формулою (4) з використанням безпосередньо вимірюваних комплексом РК (ГГК+ННК+ГК) величин і апріорі заданих констант. Аналогічно виразам (3) і (4) визначають густину глинистого матеріалу, який складається з суміші глинистих мінералів і частинок кварцу:  s  C qu2  qu  sh  C sh , (5)  sh  35 40  1    k п w  1  С сl  qu   C cl  1 - k п  , (4)  1    k п w  1  С sh  qu   C sh  1  k п  . (6) Тут  sh - шукана густина глинистого матеріалу;  - загальна густина породи, яку визначають за ГГК; Csh - відносний масовий вміст глинистого матеріалу в складі твердої фази породи, який визначають за ГК; Cqu2  1  Csh  - відносний масовий вміст скелетних кварцових зерен; k п - пористість водонасиченої піщано-глинистої породи, яку визначають за комплексом ННК+ГК;  w ,  qu - константи (густина води і кварцу, відповідно), значення яких задають апріорі. Таким чином, згідно з виразом (5) густину глинистого матеріалу як компонента піщаноглинистої породи можна визначити за допомогою різниці між густиною  s твердої фази і 2 UA 95931 U 5 10 15 20 25 30 густиною  qu скелетних кварцових зерен з урахуванням відносного вмісту цих зерен в твердій фазі шляхом ділення вказаної різниці на масовий вміст глинистого матеріалу. Густину глинистого матеріалу визначають розрахунковим шляхом за формулою (6) з використанням безпосередньо вимірюваних комплексом РК (ГГК+ННК+ГК) величин і апріорі заданих констант. На фігурі наведено приклад визначення параметрів піщано-глинистих порід комплексом РК в розрізі інженерно-геологічної свердловини нижче рівня ґрунтових вод. Позначення на фігурі: -1 1 - показання (швидкість лічби імпульсів) гамма-каротажу (ГК), с ; -1 2 - показання гамма-гамма каротажу (ГГК), с ; -1 3 - показання нейтрон-нейтронного каротажу (ННК), с ; 4 - масовий вміст глинистих мінералів за даними ГК, %; 5 - масовий вміст глинистого матеріалу за даними ГК, %; 6 - водонасичена пористість за даними ННК+ГК, %; 3 7 - загальна густина породи за даними ГГК, г/см ; 3 8 - густина глинистих мінералів за даними ГГК+ННК+ГК, г/см ; 3 9 - густина глинистого матеріалу за даними ГГК+ННК+ГК, г/см . Точки на діаграмах відповідають лабораторним визначенням параметрів. Технічним результатом корисної моделі є підвищення інформативності вимірювань комплексом РК, збільшення оперативності і продуктивності визначень петрофізичних параметрів порід, зменшення вартості робіт порівняно з лабораторними визначеннями параметрів. Джерела інформації: 1. Патент України на винахід № 103841. Спосіб визначення мінеральної густини скелета гірської породи. Кулик В.В., Бондаренко М.С., Камілова О.В. Інститут геофізики НАН України. Бюл. № 22, 2013 р. 2. Патент України на корисну модель № 83841 Спосіб свердловинного визначення масового і об'ємного вмісту глинистих мінералів у гірських породах. Кулик В.В., Бондаренко М.С., Дейнеко С.І., Кетов А.Ю. Інститут геофізики НАН України. Бюл. № 18, 2013 р. 3. Определение емкостных свойств и литологии пород в разрезах нефтегазовых скважин по данным радиоактивного и акустического каротажа / И.В. Головацкая, Ю.А. Гулин, Ф.Х. Еникеева и др. - Калинин, ВНИГИК, 1984. - 112 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб визначення параметрів густини піщано-глинистих порід комплексом радіоактивного каротажу, за яким загальну густину породи визначають за допомогою гамма-гамма-каротажу (ГГК), густину твердої фази породи за допомогою комплексу ГГК і нейтрон-нейтронного каротажу (ННК) разом з гамма-каротажем (ГК), який відрізняється тим, що густину глинистих мінералів визначають за допомогою різниці між густиною твердої фази породи і густиною скелетних кварцових зерен породи разом з кварцовими частинками глинистого матеріалу (з урахуванням відносного вмісту кварцу в твердій фазі) шляхом ділення вказаної різниці на масовий вміст глинистих мінералів, а густину глинистого матеріалу визначають за допомогою різниці між густиною твердої фази породи і густиною скелетних кварцових зерен (з урахуванням відносного вмісту цих зерен в твердій фазі) шляхом ділення вказаної різниці на масовий вміст глинистого матеріалу. 3 UA 95931 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4