Способ определения коэффициентов фильтрации рыхлых песчано- глинистых пород
Использование: для послойных определений коэффициентов фильтрации в гидрогеологии, инженерной геологии и при подземном выщелачивании полезных ископаемых. Сущность изобретения: коэффициент фильтрации каждого пласта находят из соотношений приведенного в формуле изобретения. 2 з.п.флы.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 47/00, 47/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4768871/03 (22) 19.10.89 (46) 15.08.92;Бюл. М 30 (71) Московский геологоразведочный инсти. тут им,Серго Орджоникидзе (72) Ю.B,Áÿëûé (56) Дахнов В.Н, Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтегазонасыщения горных пород. М.: Недра, 1985, с.183-186.
Справочное руководство гидрогеолога .
Под ред. В.M.Ìàêñèìîâà. Т,1, Л.; Недра, 1979, с.152-158.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для послойных определений коэффициентов фильтрации пород в скважинах в гидрогеологии, инженерной геологии и при подземном выщелачивании полезных ископаемых
Известен способ определения коэффициентов фильтрации пород в скважинах, включающий отбор проб пород изучаемого водоносного горизонта, лабораторное определение в этих пробах коэффициентов фильтрации или проницаемости, пористости и относительного электрического сопротивления, установление по данным измерений указанных параметров эксперйментальных корреляционных соотношений типов
Кф=а Кп (1)
Кф=с Р (2) где Кф — коэффициент фильтрации породы;
Кл — nopMGTocTb породы;
P> — относительное электрическое сопротивление породы; а, в, с. б — эмпирические коэффициенты, 5UÄÄ 1754891 А1
2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ФИЛЪТРАЦИИ РЫХЛЫХ ПЕСЧАНОГЛИНИСТЫХ ПОРОД (57) Использование: для послойных определений коэффициентов фильтрации в гидрогеологии, инженерной геологии и при подземном вьгщелачивайии полезных ископаемых. Сущность изобретения: коэффициент фильтрации каждого пласта находят йз соотношений. приве- денного в формуле изобретения, 2 з,п.флы. проведение в йсследуемых скважинах измерений удельной электропроводности или электрического сопротивления пород и нахождение по дайнйм указанйых измерений значений пористости и относительного электрического cînðîòèâëåHèÿ пластов, и последующее определение коэффициентов фильтрации пластов йутем подставки найденных значений пористости и относительного электрического сопротивления в корреляционные соотношения (1) и (2). Этот способ дает низкую точность и достоверность оценок коэффицйентов фильтрации из-за погрешностей корреляционных соотношений (1) и (2), связанных с неустойчивостью их коэффициентов в пределах изучаемой площади, а также из-за дополнительных погрешностей определения пористости и относительного электрического сопротивления пластов по данным электрометрии скважин.
Известен способ определения коэффициентов фильтрации рыхлых песчана-глинистых пород, включающий бурение скважин, отбор керновых проб пород из пластов из1754891
Клг= Po учаемого водоносного горизонта, определение в породах содержаний и размеров зерен фракции методами гранулометрического анализа, определение эффективного диаметра зерен пород путем взвешивания размеров зерен фракций по их содержаниям, определение эффективной пористости пород, и определение коэффициентов фильтрации пород по их эффективной пористости и эффективным диаметром зерен с использованием соотношения Козени-Кармана з
К А d (3) (1- К ) где Кф — коэффициент фильтрации;
А — эмпирический коэффициент;
Кпэ — эффективная пористость;
d3 — эффективный диаметр зерен породы;
Этот способ весьма трудоемкий и дорогой из-за необходимости отбора керновых проб из каждого пласта в изучаемом водоносном горизонте в каждой скважине на изучаемой площади, а также необходимости выполнения гранулометрических анализов и оп ределений эффективной пористости для каждой пробы. Кроме того, в рыхлых песчано-глинистых отложениях выход керна обычно неполный, что снижает представительность и достоверность получаемых оценок коэффициентов фильтрации или для обеспечения достоверности требует сгущения сети керновых скважин.
Целью изобретения является снижение трудоемкости и стоимости определений коэффициентов фильтрации за счет сокращения объемов кернового бурения, Поставленная цель- достигается тем, что согласно способу определения коэффициентов фильтрации рыхлых песчано-глинистых пород, включающему бурение скважин, отбор керновых проб из пород изучаемого водоносного горизонта, определение в породах содержаний и размеров зерен фракций методами гранулометрического анализа, определение эффективного
-диаметра зерен породы как взвешен його из размеров зерен фракций по их содержаниям, определение эффективной пористости пород, и определение коэффициентов фильтрации пород по их эффективной пористости и эффективным диаметрам зерен, керновые пробы отбирают в опорных скважинах, в пробах выделяют обобщенные алеврито-глинистый и песчано-гравийный компоненты, определяют аффективный диаметр зерен каждого обобщенного компонента, а также пористость гранулярной матрицы пород изучаемого водоносного горизонта, измеряют в опорных скважинах удельную электропроводность пластов, пластовой воды и фильтрата бурового раствора, применяемого при бурении скважин на изучаемой площади, и определяют, с учетом гранулометрических данных, удельную электропроводность локализованного алеврито-глинистого материала в породах изучаемого водоносного горизонта, во всех пробуренных скважинах измеряют удельную электропроводность пластов и промытой зоны проницаемых пластов, и электрохимическую активность пластов, по которым определяют объемное содержание в пластах локализованного и рассеянного алеврито-глинистого материала, а коэффициент фильтрации каждого пласта находят из соотношения
Кф=А (1-Клг) (Кно-Kpr) х эх (dnc dpr )2 где Кф — коэффициент фильтрации пласта, м/сут;
Кпо — пористость гранулярной матрицы пород;
Кпг — объемное содержание в пласте локализованного алеврито-глинистого материала;
Kpr — объемное содержание в пласте рассеянного алеврито-глинистого материала;
dnc — эффективный диаметр зерен обобщенного песчано-гравийного компонента пород, мм;
dpr — эффективный диаметр зерен обобщенного алеврито-глинистого компонента пород, мм;
А — эмпирический постоянный коэффициент, м/сут мм .
При повышенном влиянии геоэлектрических помех на измерения электрохимической активности пластов объемные содержания локализованного и рассеянного алеврито-глинистого материала в пластах находят из соотношений:
1754891 где Ро — среднее отношение удельной электропроводности пластавых вод изучаемого водоносного горизонта к удельной электрапроводности песчано-гравийных пластов; 5 ор — удельная электраправодность пластовых вод изучаемого водоносного горизонта, См/м; сф — удельная электропроводность фильтрата бурового раствора, применяемо- 10
ro при бурении скважин на изучаемой площади, См/м;
onr — удельная электропроводность локализованного алеврита-глинистого материала, Смlм; 15 сгп — удельная электроправадность пласта, CM/të; (тпз — удельная электропроводность промытой зоны пласта, См/м;
 — эмпирический постоянный коэффи- 20 циент.
При повышенном влиянии геоэлектрических помех на измерения электрохимической активности пластов и при близких значениях удельной электропроводности 25 пластов и промытой зоны этих пластов по керновым образцам опорных скважин выявляют подчиненное и преобладающее соотношение алеврито-глинистого материала локализованного и рассеянного типа в по- 30 родах изучаемого водоносного горизонта, содержание алеврито-глинистого материала подчиненного типа принимают равным нулю, а содержание алеврито-глинистого материала преобладающего типа находят 35 по соотношениям
ЛГ . о Принципиальные основы предложенного способа следующие. Для определения коэффициентов фильтрации рыхлых рассеянно-глинистых пород по их гранулометрическоглу составу приме- 45 няют соотношение Козени-Кармана (3). Эффективная пористость такой породы равг э пористости ее гранулярной матрицы Кпо за вычетом содержания в породе рассеяннага алеврита-глинистого материала Крг . 50 Кпэ=Кпо-Крг . (4) Эффективный диаметр зерен породы по данным гранулометрическога анализа определяют по размерам зерен фракций этой породы di и относительным содержаниям 55 зерен этих фракций Ki па взвешивающим формулам и и du= g К/, . (К/di ); (5) i-=1 i=1 где п — число выявленных в породе грануло метрических фракций. Выделим в породе две обобщенные фракции (кампонента): песчана-гравийную с эффективным диаметрам зерен dnc 0,05 мм и содержанием в породе Kr,с=1-К« и алеврито-глинистую с эффективным диаметром зерен dpr<0,05 мм и содержанием в породе Крг. Зкспериментально установлено, что в пределах локальных геологически однородных площадей аффективные диаглетры зерен таких обобщенных фракций для проницаемых пластов варьируют в срэвнйтельно узких пределах и могут быть приняты постоянными. Тогда для указанных обобщенных фракций из (5) следует Кпо + К г апс брг Kpr dnc+ 1 Kno dpr Подставляя выражения (6) и (4) в уравнение (3), получим Kcp=A (Kno Kpr) x з Kpr dnc + 1 — Kno dpr ) . (7) Поскольку включения локализованного алеврито-глинистого материала в породах являются макроскопическими (праслои, пропластки, линзы, окатьгши, галька, и т.п.), определим их влияние на коэффициент фильтрации, без учета вязкого трения, как снижение сечения фильтрации на относительную величину. равную объемному содержанию в породе локализованного алеврито-глинистого материала Knr. Тогда для коэффициента фильтрации породы, содержащей оба типа элеврито-глинистого материала, окончательно получим Кср=д (1 Knr) (Kno Kpr) х X (пс рг )2 (8) Крг dnc + 1 Kno dpr Для определения объемных содержаний локализованного и рассеянного алеврито-глинистого материала можно использовать, напрймер. следующую известную методику. По способу относительной глинистости по величинам электрохимической алевритоглинистого материала и удельной электроправодности пластов определяют общую глинистость пластов; по фиктивным относительным сопротивлениям пласта и промытой зоны определяют кажущиеся пористости пластов и промытой зоны и затем приращения пористости; по приращениям паристости определяют рассеянную глинистасть пластов и затем локализованную глинистость, как разность между общей и рассеянной. 1754891 В случаях, когда достоверные измерения электрохимической активности пластов затруднены, для определений объемных содержаний в пластах алевритоглинистого материала различных типов предлагается методика с использованием следующей петрофизической модели. В произвольном единичном сечении рыхлой песчано-глинистой породы можно выделить локализованные алеврито-глинистые включения с суммарной площадью сечения Кл и удельной электроправоднастью опг, участки гранулярной матрицы, паровое пространство которых заполнено рассеянным алеврита-глинистым материалом, с суммарной площадью сечения Кр,/Кп, и . удельной электропроводностью Волг/Ро где  — отношение удельных электрапроводностей рассеянного и локализованного алеврито-глинистого материала; Po — относительное электрическое сопротивление гранулярной матрицы породы, или отношение удельной электраправодности пластовой воды к удельной электроправодности матрицы с порами, заполненными этой водой; участки гранулярнай матрицы, паровое пространство которых заполнено о„В о„- о — а, В о„— Р— В лг о олг Крг — Po Kno (12) на невелики, в особенности при приведении к рассеянной глийистости. Величину (1) в соотношениях (3), (7), (8) определяют экспериментально по выраже5 нию (3) путем лабораторных измерений коэффициентов фильтрации керновых образцов с известными эффективной паристастью и эффективным диаметром зерен. В отсутствие таких измерений можно принять 10 литературную оценку А=ЗООО м/сут мм2. Величину {2) в соотношениях (9)-(14) определяют экспериментально в опорных скважинах путем измерений удельной электропроводности пластов, в которых по керновым дан15 ным паровое пространство заполнено рассеянным алеврито-глинистым материалом, и сравнения получаемых значений с удельной электропроводностью локализованного алеврито-глинистого материала. В 20 отсутствие таких измерений для рыхлых па рад можно принять B=1.3. Экспериментально установлено, что относительное электрическое сопротивление гранулярной матрицы Рр и ее пористость 25 Кпо, а также удельная электроправадность локализованного олг и рассеянного B-одг алеврито-глинистых компонентов, в предеАнализ уравнений 11 и 12 показывает, что они имеют смысл только при контрастных величинах ар и оф и, соответственно о и опт. Если же эти величины близки, изме"рения удельной электропровадности промытой зоны малоинформативны и для определения содержаний алеврито-глинистого материала применимо только соотношение (9). В этом случае по керну ойорных скважин определяют, какой тип глинистости преобладает в породах изучаемого водоносного горизонта, а содержание алеврито-глинистого материала подчиненного тийат ринимают равным нулю, Из выражений (9) при Крг=О имеем: Ро олг р а rlpH юг=0 получаем В олг ор Принимая содержание одного из типов алеврито-глинистого материала равным нулю и используя соотношения (13) или (14), теи самым приводят общую глинистасть пород к глинистасти преобладающего типа. Экспериментальные данные показали, что вбзнйкающие при этом погрешности обычпластовой водой, с суммарной площадью сечения 1-Клг-Крг/Кпс. и удельной электроправоднастью ap/Ро, где cd — удельная электроправаднасть пластовай воды. Для макроаднорадной и изотроп ной породы можно принять, что ее удельная электропроводность равна сумме произведений удел ьн ых зле ктроп роводн остей компонент на их сечения. Тогда для удельной электроправодности рыхлой песчано-глинистой Il0роды получаем К г K» (9) /Р, +К г (а — ор/Р,) Аналогично, при заполнении пороговаго пространства фильтратом бурового.раствора с удельной электропроводнастью оср, удельная электропроводность промытой зоны пласта составит Kðã оз =ocp/Po+ — (B o — оф} К.. — (1О) /Po + Кдг (очаг — аф/Ро ) Разрешая уравнения (10) и (9) относительно Кяг и Крг. получим о — В о„о — о Р оф — ор 1754891 лах локальных геологически однородных участков для проницаемых пластов меня отся незначительно и могут быть приняты постоянными, Удельная злектропроводность фильтрата бурового раствора при неизменной технологии приготовления раствора также стабильна, Удельная злектропроводность пластовой воды в пределах единого водоносного горизонта на локальных площадях меняется слабо и легко измеряется в скважинах. Эти обстоятельства позволяют использовать сравнительно. редкую сеть опорных керновых скважин для определений коэффициентов фильтрации во всех скважинах изучаемых объектов. Способ осуществляют следующим образом. В процессе бурения опорных скважин,. представительно распределенных на изучаемой площади, отбирают пробы керна всех встречающихся в изучаемом водоносном горизонте песчано-глинистых пород. Известными лабораторными методами (например, методом насыщения керосином) определяют пористость керновых образцов, Проводят гранулометрический анализ образцов (например, методами ситования и взмучивания), в результате которого определяют содержания К и размеры зерен d. всех присутствующих в образцах гранулометрических фракций. Выделяют в образцах песчано-гравийный (dt = 0,05 мм) и алеврито-глинистый (d;<0,05 мм) компоненты, и по соотношению (5) находят средние для изучения образцов значения эффективных диаметров зерен dnc dpr для обоих компонентов. Выделяют в разрезе опорных скважин по результатам анализа керновых проб песчано-гравийные пласты, не содержащие алеврито-глинистого компонента, и алеврито-глинистые пласты, Среднюю пористость проб, не содержащих алевритоглинистого компонента, применяют равной пористости гранулярной матрицы пород изучаемого водоносного горизонта. Во время бурения опорных. скважин отбирают пробы бурового раствора и определяют удельную электропроводность фильтрата оф, приведенную к пластовой температуре. Измеряют в опорных скважинах удельную электропроводность пород ол, например, методами каротажа сопротивлений или индукционного каротажа. В процессе плановых откачек опорных скважин измеряют, например, методом скважинной кондуктометрии, удельную электропроводность пластовых вод и затем определяют ее среднее значение для изучаемого участка ор, Сопоставляя содержание алеврито-глинистого 20 ала 30 35 конец, подставляя в выражение(8) значения 50 компойента в керновйх образцах иэ пластов с удельной электропроводностью зтихпластов, принимают удельную электропроводность локализованного алеврито-глинистого компонента пород изучаемого водоносного горизонта равной средней удельной злектропроводности. пластов, но содержа цих песчано-гравийного компонента, В случаях, когда чистых песчано-гравийных и алеврито-глинистых пластов в разрезе опорных скважин не выявлено, пористость гранулярной матрицы и удельную электропроводность локализованного алеврито-глинистого компонентов определяют путем построения зависимостей укаэанных параметров от содержания в породах алеврита-глинистого материала и экстраполяции зависимостей к нулевым и 100 ) -ным содержаниям алеврито-глинистого материВо всех рядовых бескерновых скважинах измеряют удельную электропроводность пластов установками электрокаротажа и удельную электропроводность промытой зоны проницаемых пластав микроустановками электрокаротажа (например, микробоковой каротаж), а также измеряют электрохимическую активность пластов методом потенциалов собственной поляризации. Затем, используя, например, указанную методику В,Н. Дахнова, определяют объемные содержания в каждом пласте алеврито-глинистого материала локализованного и рассеянного типа. И, напористости гранулярной матрицы и эффективных диаметров зерен обобщенных фракций для изучаемого водоносного горизонта, а также найденные объемные содержания локализованного и рассеянного алевритоглинистого материала в пластах, определяют коэффициент фильтрации каждого пласта, В случаях, когда определения коэффициентов фильтрации приходится проводить на площадях с интенсивными, обычно промышленными, помехами, достоверно измерить электрохимическую активность пластов нередко не удается, При этом если удельные электропроводности пластовой воды и фильтрата бурового раствора контрасты (например, отличаются более чем на 30 $), в опорных скважинах дополнительно определяют относительное электрическое сопротившение гранулярной матрицы пОрод изучаемого водоносного горизонта, как среднее отношение удельной электропроводности пластовой воды к удельной электропроводности песчано-гравийных пластов. затем определяют объемные содержания 1754891 Кф=А (1-Клг ) (Клг-Крг) х xj 4пс брг 40 55 локализованного и рассеянного алевритоглинистого материала в каждом пласте по соотношениям (11) и (12) и, наконец, находят коэффициент фильтрации каждого пласта по соотношению (8). При затруднениях с измерением электрохимической активности пластов и близких значениях удельной электропроводности пластовой воды и фильтрата бурового раствора соотношения 10 (11) и (12) для содержаний алеврито-глинистого материала неэффективны, В таях-слу- чаях при изучении керновых образцов из опорных скважин дополнительно определяют средние содержания локализованного и 15 рассеянного алеврито-глинистого материа- ла в" породах изучаеМого вбдойосйо горизонта, и выявляют преобладающий и подчиненный йо среднему содержанию типы глинистости, При преобладании рассе- 20 я нного aлеврит0- глинистого ма гериала содержание локализованного принимают равным нулю, содержание рассеянного определяют по соотношению (13), и эти значения глинистости используют в соотношении 25 (8) для коэффициента фильтрации пластов, При преобладании локализованйого алеврито-глинистого материала его содержание определяют по соотношению (14), содержание рассеянного материала принимают рав- 30 ным нулю, и затем находят коэффициенты фильтрации пластов подставкой полученных оценок глинистости обоих типов в cootношение (8). Практическое опробование предложенного способа в сравнении с аналогом (соотношение 1) и прототипом (соотношенйя 3-5) проведено на двух площадях в СССР и НРБ, Полученные результаты показали, что предложенный способ втрое точнее аналога и практическй не уступает в точности прототипу, позволяя при этот разредить сеть опорных керновых скважин в 5-8 раз.. Формула изобретения 1. Способ определения коэффициентов фильтрации рйхлых йесчаноглинистых пород, включающий бурение скважин, отбор керновых проб из пород изучаемого водоносного горизонта, ойределение в породах содержания и размеров зерен фракции ме тодами гранулометрического анализа, определение эффективного диаметра зерен породы как взвешенного из размеров зерен фракций по их содержаниям, определение эффективной пористости пород и определение коэффициентов фильтрации пород по их эффективной пористости и эффективным диаметрамзерен, отл ича ющи йся тем, что, с целью снижения трудоемкости и стоимости определений коэффициентов фильтрации за счет сокращения объемов кернового бурения, керновые пробы отбирают в опорных скважинах. в пробах выделяют обобщенные алеврито-глинистый и песчано-гравийный компоненты, определяют эффективный диаметр зерен каждого обобщенного компонента, удельную электропроводность фильтрата бурового раствора, пористость гранулярной матрицы пород йзучаемого водоносного горизонта, измеряют в опорнйх скважинах удельную электропроводность пластовой воды, определяют удельную электропроводность локализованного алеврито-глинистого материала в породах изучаемого водоносного горизонта, во всех пробуренных скважинах измеряют удельную электропроводность пластов и промытой зоны проницаемых пластов и электрохимическую активность пластов, по которым определяют объемное содержание в пластах локализованного и рассеянного алеврито-глинистого материала, а коэффициент фильтрации каждого пласта находят из соотношения где Кф - коэффициент фильтрации пласта, м/сут; Kno — йористость гранулярной матрицы пород; K>< — объемное содержание в пласте локализованного алеврито-глинистого материала; Крг — объемное содержание в пласте рассеянного алеврито-глинистого материала; d< — эффективный диаметр зерен обобщенного песчанб-гравийного компонента пород, мм; dpi — эффектйвный диаметр зерен обобщенного алеврито-глинистого компонента пород, мм; А — эмпирический постоянный коэффициент, м/сут мм2. 2. Способ по п,1; отл и ч а ю щи и с я тем, что при повышенном влиянии геоэлектрических помех на измерения электрохимической активности пластов. обьемные содержания локализованного и рассеянного алеврито-глинистого материала в пластах находят из соотношений 14 1754891 Клг Ро Олг Ро B гф гт> nr Крг =Ро Kno Клг= Ро Олг — Ор рг=Кпо лг р Составитель Ю. Лупичева Редактор Н. Швыдкая Техред М.Моргентал Корректор 3. Салко Заказ 2875 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где Ро — среднее отношение удельной электропроводности пластовых вод изучаемого водоносного горизонта к удельной электропроводности песчано-гравийных и lBcTos; ор — удельная электропроводность пластовых вод изучаемого водоносного горизонта, См/м; оф — удельная злектропроводность фильтрата бурового раствора, применяемоr0 при бурении скважин на изучаемой площади, См/м; сглг — удельйая электропроводность локализованного алеврито-глинистого материала пород, См/м; сгг — удельная электропроводность пласта, Смlм; газ — удельная электропроводность промытой зоны пласта, См/м;  — эмпирический постоянный коэффициент. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при повышенном влиянии геоэлектрических помех на изменения электрохимической активности пластов и при близких 5 значениях удельной .электропроводности пластов и промытой зоны этих пластов по . керновым образцам опорных скважин выяв.ляют подчиненное и преобладающее соотношение алеврито-глинистого материала 1О локализованного и рассеянного типа в породах изучаемого водойосного горизонта. : содержание алеврито-глинистого материала нодчиненного типа принимают равным нулю, а содержание -алеврито-глинистого 15 материала преобладающего типа находят .из соотношений Р о 0
