Тепловые свойства

Физические свойства горных пород – это характерные качества, присущие горным породам (твердым, жидким, газообразным), их плотность, упругость, электропроводность, теплопроводность, радиоактивность и т.д. Свойства зависят от общего минерального и химического состава, структурно-текстурных особенностей, степени диагенеза и метаморфизма.

1. Электрические свойства горных пород – это способность пород проводить электрический ток, характеризуется их удельной электропроводностью ( ) или величиной ей обратной - удельным электрическим сопротивление ( ).

Удельная электрическая проводимость среды и ее удельное электрическое сопротивление равны соответственно проводимости и сопротивлению единицы объема ( 1 м³ ) среды. Размерность и .соответственно Сим/м и Ом м. Механизм электропроводности горных пород может быть ионный, электронный и смешанный в связи с различием их фазового состояния и разной природой проводимости породообразующих минералов. УЭС главных породообразующих минералов и пластовой воды приведены на рис…. УЭС твердой фазы (минерального скелета) превосходит сопротивление жидкой фазы на несколько порядков; газовая фаза является диэлектриком. Поэтому влияние различных фаз, заполняющих поровое пространство пород, и структура последнего являются определяющими для УЭС большинства пород. В осадочных породах скелет ( зерна, цемент) состоит из минералов, в большинстве случаев не проводящих электрический ток, например кварца, но они электропроводны благодаря тому, что они пористые и их пустотное пространство содержит электрически проводящую жидкость – пластовую воду. Чем больше пористость, тем меньше сопротивление и это используется при определении пористости и насыщения пород по параметру пористости ( Рп = _вп / _в ) и насыщенности (Р_н = _нп / _вп ), где _{в нп , вп ,} - электрическое сопротивление пластовой воды нефтеносного и водоносного пластов ( рис….).

2. Радиоактивные свойства горных пород обусловлены содержанием в них рассеянных радиоактивных элементов в которых происходит самопроизвольный распад неустойчивых ядер атомов. Большинство радиоактивных элементов принадлежит к трем основным семействам: урана, тория и калия. Распад радиоактивных элементов сопровождается альфа, бета и гамма излучением. В радиометрии нефтегазовых скважин используется гамма излучение и нейтроны. Содержание радиоактивных элементов в горных породах и ядерные характеристики отдельных минералов и пород приведены на рис….

Большинство осадочных пород обладают относительно низкой гамма-активностью,

это - хемогенные породы (исключая обогащенные калием), чистые (неглинистые) кварцевые пески, известняки, доломиты. Мелкозернистые осадочные породы, например глины, более радиоактивны, поскольку радиоактивные элементы адсорбируются глинистыми частицами. Темноокрашенные битуминозные глины характеризуются более высокой по сравнению с обычными осадочными породами радиоактивностью. Высокая радиоактивность характерна также для калиевых солей и калиево-полевых песчаников из-за присутствия радиоактивного элемента К⁴⁰. Интенсивность гамма-излучения пород по ГИС характеризуется величиной радиевого гамма-эквивалента и ампер на килограмм ( 1мкР/ч = 7.16*10^-2А/кг). При облучении породы гамма-излучением от специального источника гамма-квантов (Со⁶⁰ и др.), что используется обычно при плотностном гамма-гамма каротаже (ГГП), интенсивность регистрируемого гамма излучения будет тем меньше, чем плотнее порода. При облучении пород нейтронами и их взаимодействия с ядрами атомов, нейтрон теряет свою энергию и превращается в тепловой, что приводит к последующему захвату нейтрона ядром с выделением гамма квантов. Максимальным замедлением и сечением захвата нейтронов обладают ядра водорода и хлора, содержание которых зависит от пористости и насыщения пород. Использование спектрометрических модификаций приборов радиоактивного каротажа ( СГК, СНГК-Сl, С /О ), позволяет определять минеральный состав пород и их насыщение.

3. Упругие свойства горных пород - связаны с внутренним строением вещества и характеризуют свойство пород сопротивляться изменению их объема и формы под воздействием механических напряжений. Возникающие в телах под действием механического напряжения деформации имеют различный характер и вызывают разные по природе волны – продольные - Р и поперечные - S. Продольные волны являются следствием деформаций растяжение-сжатие; поперечные – деформаций сдвига. В свободных газах и жидкостях возникают продольные волны и отсутствуют поперечные. Скорость упругих волн в осадочных породах, насыщенных жидкостью, определяется коэффициентом пористости и величиной сжимаемости твердой фазы, т.е. составом скелета. На рис … приведены зависимости значений скорости упругих продольных волн от пористости, литологического состава пород и глубины их залегания. Для карбонатных пород важным является тип пористости. Значение сжимаемости пор этих пород в зависимости от степени трещиноватости и кавернозности может изменяться в широких пределах. При одинаковом значении пористости величина скорости максимальна у карбонатных пород с кавернозной пористостью, поскольку коэффициент сжимаемости каверн существенно ниже коэффициента сжимаемости гранулярных пор. Процесс поглощения упругой энергии горными породами зависит от структуры (сцементированности) и состава породы (глины, карбонаты), наличия трещиноватости и частоты излучения. Коэффициенты поглощения возрастают с увеличением глинистости гранулярных коллекторов и коэффициентов трещиноватости трещинно-кавернозных пород. С ростом частоты излучения поглощение увеличивается. Скорость распространения продольных волн под влиянием всестороннего давления (с увеличением глубины) увеличивается. Влияние пластового (порового) давления

противоположно действию горного давления. Повышение пластового давления приводит к уменьшению эффективного давления на породу и, следовательно, к уменьшению скорости. Поперечные волны более чувствительны к увеличению «неоднородности» порового пространства, поэтому их использование более эффективно для изучения структуры порового пространства коллекторов, особенно в карбонатных разрезах.

4. Теплофизические параметры горных пород – теплопроводность, геотермический градиент, геотермическая ступень и др. являются основой для изучения теплового поля Земли и находят широкое применение для решения ряда практических задач при бурении и эксплуатации скважин. Тепловые потоки, наблюдаемые у земной поверхности, являются суммарным проявлением многих источников тепловой энергии, основными из которых являются распад радиоактивных элементов и солнечная радиация, а также энергия, освобождающаяся при различных физико-химических процессах. В термическом режиме поверхностных слоев основную роль играет солнечная радиация, а тепловое состояние глубинных слоев земной коры определяется главным образом теплом радиоактивных превращений. Интенсивность нарастания температуры с глубиной определяется геотермическим градиентом, который представляет собой изменение температуры на 100 м глубины, или геотермической ступенью – разностью глубин, соответствующей изменению температуры на 1⁰ С. Геотермический градиент пропорционален тепловому сопротивлению горных пород, отражающему их литологические особенности, он понижается с увеличением плотности породы ( известняки ) и повышается при замещении в поровом пространстве воды нефтью. Для различных районов он изменяется в широких пределах ( от 1.1⁰ С ля Пермского Прикамья до 8.3⁰ С в Восточном Предкавказье ). Местные тепловые поля могут возникать в скважинах по многим причинам. Тепловые поля в нефтегазоносных пластах образуются при вскрытии и разработке пластов. При этом изменение температуры обусловлено дроссельным и калориметрическим эффектами. Дроссельный эффект при поступлении газа в скважину вызывает резкое снижение температуры. Движение нефти за счет дроссельного эффекта создает положительную аномалию. Тепловые поля (понижение) отмечаются в галогенных отложениях (каменная соль, сильвин и др.) вследствие эндотермических реакций растворения солей в промывочной жидкости, заполняющей скважину. Тепловые поля в интервалах угольных пластов связаны с процессами окисления углей циркулирующими водами и отмечаются аномалиями повышенной температуры.

Вопрос 6.Виды геофизических методов изучения разрезов скважин

Каротаж, испытание, перфорация являются основными видами геофизических работ, выполняемых в поисковых, разведочных и эксплуатационных скважинах, бурящихся на нефть и газ. В современных условиях геолого-геофизические исследования и бурение скважин становится единым технологическим циклом и взаимодействуют между собой. Получение геолого-технологической информации в процессе бурения увеличивает эффективность использования буровой техники, сокращает сроки строительства скважины и в целом повышает геологическую эффективность поисково-разведочных работ. Изучение геологического разреза скважин в основном осуществляется геофизическими методами исследования ( ГИС ), эффективность которых во многом определяется соблюдением условий вскрытия бурением исследуемого объекта, а также своевременным и качественным проведением исследовательских работ необходимым комплексом методов. В сложных геологических условиях дополнительно проводят испытания пластов трубными испытателями, отбор образцов керна. Методами промысловой геофизики решаются и некоторые технические, инженерные и технологические задачи в процессе строительства скважин ( исследование троектории и состояние ствола скважины, ее стенок и обсадных колонн, оценка качества цементирования и т.п. ). Получаемые результаты используются для принятия своевременных мер по устранению дефектов бурения или их предупреждению. Перфорация скважин, установка изоляционных мостов в них, освобождение прихватов бурильного инструмента, интенсификация притока жидкости из пласта выполняются также промыслово-геофизическими партиями, от качества работы которых во многом зависит успех бурения и добычи нефти в районе. В действующих эксплуатационных, нагнетательных и контрольных скважинах исследования профиля притока нефти и приемистости воды, замеры текущего давления и температуры, установление ВНК и ГНК в пластах выполняется также геофизиками.

Вопрос 7.Электрические методы исследования скважин