Разработка методики учета влияния набухания глин на петрофизические свойства песчано-глинистых пород

• Автор: Рынская, Галина Олеговна
• Шифр специальности: 04.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ
Значительная роль в повышении темпов добычи нефти и газа принадлежит геофизическим методам исследования скважин, которые позволяют выявить в геологических разрезах различные типы пород и полезные ископаемые, оценить емкостные, фильтрационные и другие свойства коллекторов,
В настоящее время большое число месторождений нефти и газа приурочено к сложным геологическим разрезам, разрабатываются продуктивные песчаноалевритоглинистые толщи, коллекторы нефти и газа которых часто относятся к сильно глинистым. На повестке дня стоит проблема изучения методами геофизических исследований скважин этих сложных объектов и вмещающих их покрышек, обычно представленных глинами. Изучением свойств глин различного состава занимался целый ряд исследователей В.С.Шаров, Ф.Ф.Лаптев, А.М.Васильев, К.Ф.Жигач,И.Б. Адель, В.Д.Городнов, Р.И.Злочевская, В.И.Дивисилова, Л.И.Кульчицкий, Т.Т.Клубова, Л.К.Танкаева, Бочко, М.Ф.Викулова, Ф.И.Котяхов,

. В i, ., Я , Р i, . и др

В то же время многие исследователи посвятили свои труды песчаноглинистым породам и влиянию на их свойства глинистой составляющей В.Н. Дахнов, В.Н.Кобранова, В.М.Добрынин, А.А.Ханин, Б.Ю.Вендельштейн,

Е.И.Леонтьев, Е.А.Поляков, М.М.Элланский, М.Д.Шварцман, 7 i. .i . xxi и др

Однако до сих пор глинистые коллекторы и их покрышки изучены недостаточно. Набухание глинистого цемента существенно изменяет значения мкостных характеристик песчаноглинистых породколлекторов, определенные традиционными лабораторными способами на сухих образцах керна. Поэтому значение емкостных характеристик песчаноглинистых пород требуют корректив.

В связи с этим необходимо более точно и глубоко знать свойства

глин и глинистой составляющей песчаноглинистых пород различного состава, в частности, способность глин к набуханию, а также петрофизические зависимости между их характеристиками. Нет в настоящее время и единого взгляда на существо сложных физикохимических процессов, происходящих на поверхностях раздела фаз горных пород на свойства связанной воды. Современные способы изучения характеристик набухания не вполне удовлетворительны. Они позволяют определить коэффициенты набухания поднятых из скважин глин только с нарушением естественной структуры этих пород и связи между их частицами.
Недостаточно хорошо изучены также связи между характеристиками набухания глин, цемента песчаноглинистых пород, со значениями ряда важнейших петрофизических величин удельное электрическое сопротивление, интервальное время прохождения продольных упругих колебаний, диффузионноадсорбционная активность и др
В практике геофизических исследований скважин нечетко выделяются различные по составу глины и глинистый цемент песчаноглинистых пород. Не вполне достоверно оценивается открытая пористость пород, так как значения величин, характеризующих заполнение глиной порового пространства пород коллекторов недостаточно точны изза недоучета набухания и структуры глинистого цемента.
Вышесказанное позволяет утверждать, что экспериментальные исследования в этом направлении имеют значительную актуальность.
В диссертационной работе обобщаются результаты изучения кинетики набухания, приводятся значения величин, оценивающих набухание, а также электропроводность, упругость, плотность, диффузионноадсорбционную активность глин при увлажнении их растворами различной минерализации. Исследовано влияние набухания глинистого цемента на степень заполнения им пространства между песчаноалевритовыми зернами пород.
Для проведения экспериментальных исследований были подобраны
коллекции глин и песчаноглинистых пород с глинистым цементом различного состава.
Работа проводилась на кафедре ГИС МИНХиГП им.И.М.Губкина, а также в ряде других организаций. Большая помощь в выполнении работы была оказана автору руководителем лаборатории электронной микроскопии Бочко и ее сотрудниками Е.И.Ереминой, В.А.Кузьминым зав. лабораторией УкрНИГРИ О.М.Гуневской, зав.лабораторией Раменского отд. ВНИИВзрывГеофизики З.Б.Стефанкевичем, зав.лабораторией ВНИИ А.Г.Ковалевым и его сотрудником В.В.Кузнецовым. Всем им автор приносит глубокую благодарность.
На основе данных экспериментальных исследований и с использованием аналитических связей Е.И.Леонтьева и других получены графики, позволяющие ввести поправки за набухание в значение коэффициентов пористости и нефтегазонасыщенности коллекторов, показано, как изменяются связи между параметром пористости и коэффициентом пористости при введении этих поправок в значения коэффициента пористости песчаноглинистых коллекторов с различным составом цемента.
По теме диссертации опубликовано 3 работы. Основные результаты исследований докладывались на Всесоюзных конференциях молодых ученых и специалистов нефтяной и газовой промышленности в г. в Москве и в г. в Кисловодске, а также на конференции молодых ученых и специалистов МИНХиГП им.Губкина в г.
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 8 страниц машинописного текста, рисунков, таблиц,
список литературы


Смешаннослойные минералы встречаются в больших количествах в породах осадочных отложений всех геологических возрастов. Физические свойства и характеристики глинистых минералов и глин по ранее выполненным исследованиям, способы их определения . Многими исследователями изучен целый ряд физических свойств глинистых минералов и глин, а также зависимость их характеристик от состава и структурнотекстурных особенностей этих сред. Однако, здесь приводятся только те сведения из этой области, которые необходимы в связи с разрешением темы диссертации. Прежде чем характеризовать влажность набухания глин и глинистых пород и другие величины,описывающие их набухание, рассмотрим современные представления о механизме взаимодействия этих пород с водой, о различных видах воды в этих средах и о свойствах связанной воды. Механизму взаимодействия глинистых минералов, глин и глинистых фракций с водой посвящены многочисленные исследования, однако, до сих пор существуют различные взгляды как на сам механизм этого процесса, так и на состав и свойства воды, контактирующей с глинистыми компонентами пород. В процессе увлажнения глинистых минералов, глин и глинистых пород глинистые минералы могут набухать, а вода набухания приобре
тает свойства, отличные от свойств обычной свободной воды. Часть воды в глинах может оставаться свободной, другая ее часть связывается твердой фазой. Связывание воды поверхностью минералов следует представлять как сложный процесс, обусловленный с одной стороны наличием у частиц электрического заряда й связанного с ним ДЭС, а с другой полярностью молекул воды, считает В. А.Приклонский . С удалением
от поверхности твердой фазы изменяется природа сил связывай воды и уменьшается их интенсивность. Поэтому на различных расстояниях от поверхности твердой фазы свойства связанной воды различны. По определению Р. Взгляды на механизм взаимодействия молекул воды с поверхностью глинистых частиц различны. Так, например, В. С.Шаров , считает, что это химическое взаимодействие поверхности глинистых частиц с водой А. Ф.Лебедев Н рассматривал воду как физическое тело и недостаточно учитывал физикохимические процессы, протекающие между жидкой и твердой фазой породы Н. А.Огильви . Л.И. Кульчицкий . ЯМР показывают, что структура связанной воды глин отлична от структуры кристаллогидратов . О.В. Овчаренко предполагает, что вода в глинах связывается преимущественно поверхностью частиц, а целый ряд зарубежных исследователей Фагелер, Янерт, Альтен, Курмис и др. Схема распределения срорм связанной води на поверхности глинистых минералов каолинита и монтмориллонита при разных влажностях
катионами. Р.И. Злочевская приходит к выводу, что наиболее перспективным является разносторонний подход к исследованию механизма гидратации глинистых частиц
. Процесс связывания глинистыми частицами воды должен рассматриваться как единый процесс гидратации поверхности и катионов в их взаимодействии между собой и поровым раствором. Целый ряд исследователейРоде, Ребиндер, Р. И.Злочевская, Л. К. Танкаева, Л. И.Кульчицкий и др. Эти исследователи, в основном, опираются на энергетические особенности связей воды с глинистыми частицами. Наиболее интересной на наш взгляд представляется классификация форм связанной воды в глинах, которой придерживаются Р. И.Злочевская, З. А.Кривошеева, Е. М. Сергеев, В. А.Королев, М. А.Беляков и другие исследователи кафедры ГИС МИНХиГП им. И.М. Губкина. Вода, адсорбированная наиболее активными адсорбционными центрами поверхности глинистых частиц координированная несбалансированными ионами кристаллической решетки и обменными катионами, образующими с ними ионнодипольные и водородные связи. Эта вода обладает наибольшей энергией взаимодействия ее количество близко к объему воды условного монослоя ближний порядок и составляет 1 1 величины максимальногигроскопической влагоемкости рис. Вода, адсорбированная твердой поверхностью за счет сил их межмолекулярного взаимодействия дальнего порядка главным образом ориентационного эффекта вандерваальсовых сил, в результате чего происходит физическая или полимолекулярная сорбция воды рис.