Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ СЛАНЦЕВЫХ ПОРОД



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Данные для цитирования: . ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ СЛАНЦЕВЫХ ПОРОД // Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале. Науки о Земле. ; ():-.

3D геолого-технологические модели всё шире используются при разработке нефтегазовых залежей [1]. Для построения такой модели необходимо использовать комплекс сведений – данные геофизических исследований скважин (ГИС), сейсморазведки, лабораторных исследований кернов и пластовых флюидов, гидродинамических исследований скважин и промысловой эксплуатации. Изучение микроструктур кернов в последнее время находит всё более широкое применение, что связано с потребностью получения информации о тонкой структуре и характеристиках пород. Сочетание методов исследования горных пород в диапазоне от массива до микроуровня позволяет получить объёмную и достоверную картину процессов, происходящих в породах-коллекторах.

Проблема моделирования сланцевых пород – ключевая в сланцевых разработках. Эта проблема имеет научный и прикладной аспекты:

  • научный аспект связан с задачами теории образования сланцевых отложений и разработки научных основ создания новых технологий;
  • прикладной аспект – с комплексом задач разработки и эксплуатации месторождений.

Проблема моделирования сланцевых пород – задача многоуровневая и многофакторная, характеризуемая признаками:

  • определённой степени изученности, как суммы экспериментальных и теоретических проработок, представленных преимущественно работами по баженовской свите, формации Баккен и ряду других объектов [2-4];
  • сланцевые породы в отличие от традиционных коллекторов находятся в стадии термодинамической неустойчивости – развития и незавершённости формирования как органического вещества, так и неорганической матрицы;
  • сланцевые породы – материальные системы, существующие в широком диапазоне масштабов (от микроструктурного до геологического массива) и характеризующиеся неоднородностью, нечёткостью и неопределённостью свойств и характеристик;
  • нерешённостью вопросов, связанных с природой сланцевой нефтеносности, прогнозированием запасов органического вещества и рядом других вопросов.

Необходимо указать на отличие задачи моделирования нетрадиционных (сланцевых) и традиционных коллекторов, состоящее в том, что в случае сланцевых коллекторов особенное значение имеет тонкий структурный уровень пород-коллекторов, где протекают активные физико-химические взаимодействия, приводящие к формированию новых фаз и меняющие химический состав и морфологию сланцевых пород. Тонкий структурный уровень пород-коллекторов, на котором имеют место физико-химические взаимодействия, соответствует микроповерхностям раздела – масштаб поровой структуры горных пород.

Исследование поровой структуры горных пород выполняется на кернах.

На необходимость исследования поровой структуры кернов сланцевых пород указывает Немова В.Д [5], которая указывает на высокую изменчивость и низкую степень изученности отложений баженовской свиты. Керновые исследования позволяют выполнить эффективную интерпретацию данных сейсморазведки, основанных на интерпретации данных ГИС.

Значимость исследования порового (пустотного) пространства также подтверждается данными [6], где отмечено, что при разработке стратегии освоения нетрадиционных, трудноизвлекаемых запасов углеводородов должно быть выполнено детальное комплексное изучение структуры пустотного пространства пород-коллекторов.

Показано, что в карбонатных нефтегазоносных комплексах отмечаются литотипы с тонкокристаллической структурой кальцита или доломита с микронными порами, где установлено наличие углеводородных флюидов, а порода в целом имеет макроскопические признаки высокой нефтенасыщенности (рисунок 1).

Рисунок 1. Микропоры в перекристаллизованных остатках водорослей

Renalcis (голубым цветом). Без анализатора. Верхний девон.

Волго-Уральская нефтегазоносная провинция

Относительно генезиса пустотного пространства указано, что этот вопрос имеет дискуссионный характер. Очевидно, что в формировании этих пород играли цианобактериальные сообщества, а поровое пространство возникало либо при перекристаллизации, доломитизации, незначительном выщелачивании, либо является унаследованным, и тогда углеводороды в порах формировались «in situ».

По своему составу сланцевые толщи – это горные породы, состоящие, в основном, из глинистых известняков и кремнезёма, которые насыщены органическим веществом [5, 7].

В основе представления о поровом пространстве лежит базовое положение о компонентной модели породы (БМП) как композиции фазово-пространствен-ных систем [8]:

  • скелета из твёрдых частиц породы;
  • порового объёма, пространственная конфигурация которого построена по принципу исключения из общего объёма породы той части объёма, который занят скелетом из твёрдых частиц;
  • поровый объём может быть заполнен жидкими и дисперсными фазами;
  • системы пространственных связей, придающих породе свойства физического тела.

Компонентная модель породы в приложении к определённым типам пород конкретизируется в модель этой породы. В модели песчаника (рисунок 2) скелет породы составлен из двух элементов – минеральных частиц и глинистого цемента.

Рисунок 2. Модель песчаника

Рассмотрим существующие подходы к моделированию пористости горных пород [1, 5, 6, 9-14].

В [1] предложена система параметров для описания пористости. Так, параметр коэффициента пористости определяется из соотношения:

Используется понятие эффективной пористости как характеристика полезной ёмкости для углеводородов.

В таблице 1 приведены пределы значений общей пористости и плотности сухих образцов первичных осадков (ПО), осадочных (О) и метаморфических (М) пород и некоторых руд [1].

Таблица 1.

Диапазоны значений общей пористости и плотности сухих образцов

первичных осадков (ПО), осадочных (О) и метаморфических (М) пород

и некоторых руд

Тип пород Первичный осадок или порода , % , ´ 103 кг/м3
Песчаные Песок (ПО и О) 4-50 1,3-2,2
Песчаник (О) 0,5-40 1,3-3,6
Кварцит (М) и железистый

кварцит (М)

0,2-20 2,19-4,4
Глинистые Глинистый ил (ПО) 50-60 0,8-1,8
Глина (ПО и О) 4-75 1,2-3,18
Аргиллит (О) 1-30 1,6-3,35
Филлит (М) 0,5-0,6 2,4-2,76
Сланец    
глинистый (М) 1-25 1,3-3,2
кровельный (М) 0,4 2,79-2,8
аспидный (М) 0,9-1,1 2,77-2,78
слюдяной (М) 2,5-2,8
Известковые Известковый ил (ПО) 65-87
Мел (О) 10-55 1,85-2,6
Известняк (О) 0,5-48 1,3-3,5
Известняк мраморизованный (М) 0,4-6 1,9-3,5
Мрамор (М) 0,1-2,2 2,3-3,0
Руды Боксит 0-44 1,3-3,4
Железистый латерит 39-56
Мартит и бурый железняк 0,2-28 3,8-4,3
Сидеритовая 1-28 2,45-3,58
Торф, угли Торф до 95 0,45-0,80
Бурый уголь 12-40 1,2-1,3
Каменный уголь 3-12 1,2-1,35
Антрацит 1-2 1,4-1,8

Анализ данных таблицы 1 показывает, что диапазон изменения пористости пород исключительно широк и может для отдельных типов пород достигать нескольких десятков, что характеризует горные породы как крайне неоднородные и неопределённые материальные системы, при исследовании которых требуется тщательное и полное описание системы параметров пород.

По происхождению поры делят на:

  • первичные – сформированные при образовании породы;
  • вторичные – образовавшиеся при литогенезе (рисунок 3).

В грунтоведении различают несколько видов порового пространства [9]. Под пустотностью грунтов понимается пространство грунта, не заполненное твёрдой компонентой, но заполненное газовой и жидкой компонентами или (и) биотической составляющей. Различная пустотность в грунтах отражает разные типы их структурной неоднородности, она имеет иерархический характер и проявляется на разных масштабных уровнях. По форме пустоты в грунтах могут быть каверновые, поровые, трещинные и смешанные (рисунок 4).

Рисунок 4. Типы порового пространства в грунтах:

а – каверново-поровое; б – поровое; в – трещинно-поровое;

г – порово-трещинное; д – трещинное; е – каверново-трещинное

По размеру и генетической принадлежности поры подразделяются на ряд категорий, указанный в таблице 2 [9].

Таблица 2.

Разделение пор по размеру

Принципиально важно, что структура порового пространства и модель структуры породы взаимосвязаны.

Так, в исследованиях Осипова В.И. глинистая порода в структурном плане представлена как многоуровневая система, состоящая из микроагрегатов, ультрамикроагрегатов и других структурных элементов.

Размер пор глинистых пород изменяется в широких пределах: от сотых долей до нескольких десятков микрометров. По классификации Сергеева Е.М. поры делятся на ультракапиллярные (менее 0,1 мкм), микропоры (10-0,1 мкм), мезопоры (1-0,01 мм) и макропоры (более 1 мм) (рисунок 5).

Рисунок 5. Виды пор в глинистых породах по Осипову В.И. [10, 11]

В соответствии со структурой глинистой породы образуются поры видов:

  • межчастичные поры возникают внутри ультрамикроагрегатов и микроагрегатов как промежутки между первичными частицами (рисунок 5, а);
  • междуультрамикроагрегатные поры образуются между ультрамикроагрегатами и могут иметь самую различную конфигурацию в зависимости от пространственного расположения ультрамикроагрегатов (рисунок 5, б);
  • межмикроагрегатные поры возникают между микроагрегатами и характеризуются большим разнообразием размеров и формы (рисунок 5, в);
  • межагрегатные поры встречаются редко и характерны для некоторых видов элювиальных глин и широко развиты у лёссовых пород (рисунок 5, г).

При определённых обстоятельствах имеют место межзернистые (рисунок 5, д) и межмикроагрегатно-зернистые поры (рисунок 5, е).

В [12] предложены аналитические петрофизические модели эффективной и динамической пористостей гранулярных коллекторов для решения задач геомоделирования – от петрофизического обеспечения сейсмической инверсии и интерпретации данных ГИС до построения геологической и гидродинамической моделей.

Системное геомоделирование на основе эффективной пористости возможно при установлении основных функциональных и параметрических связей между элементами системы. Элементы системы петрофизического обеспечения напрямую связаны с этапами геомоделирования: структурно-стратиграфической, литолого-фациальной, петрофизической и гидродинамическими моделями.

На рисунке 6 показаны связи ядра системы петрофизического обеспечения геомоделирования на основе эффективной пористости, её элементов и этапов геомоделирования.

Рисунок 6. Структура системы петрофизического обеспечения

геомоделирования на основе эффективной пористости;

связь системы с этапами геомоделирования и областями применения

Можно отметить, что применительно к сланцевым породам методы геомоделирования, применённые в [1, 12], требуют уточнения некоторых параметров глинистых пород как основы сланцевых коллекторов.

Один из главных параметров глинистых пород – показатель глинистости. Этот параметр в [1] представлен соотношением:

В этой формуле использован параметр , который представляет собой характеристику отсечения (дискриминации) размеров глинистых частиц. Величина параметра 10 мкм. В [1] к глинистым частицам отнесены глинистые минералы, пример которых приведён на рисунке 7 [13].

Рисунок 7. Тетраэдрические (а) и октаэдрические (б) сетки (по Л. Полингу)

Вместе с тем, глинистые частицы в горных породах представлены не только минеральными монокристаллическими структурами, но иными образованиями.

Так, в работе Гольдберга В.М. и Скворцова Н.П. [14] к глинам отнесены тонкодисперсные осадочные породы, в составе которых содержится не менее 30 %
частиц диаметром менее 2 мкм, что уже представляет собой коллоидную систему, а по Кульчицкому Л.И. глины – высокодисперсные системы, глинистые минералы – вода с коагуляционной структурой, все контакты между элементами которой могут осуществляться через прослойки воды с аномальными реологическими свойствами [15].

Вода в глинистых породах играет исключительно важную роль, присутствуя в таких формах как связанная, прочносвязанная, рыхлосвязанная, вторичноориентированная, осмотическая и свободная (рисунок 8) [14].

Рисунок 8. Схема строения связанной воды в глинах:

I – связанная: Iа – прочносвязанная (адсорбционная),

Iб – рыхлосвязанная (осмотически поглощённая),

Iб’ – вторичноориентированная, Iб» – осмотическая; II – свободная

 

Высокодисперсность глинистых систем, коллоидный и водный факторы относятся к основным отличительным признакам глин и должны быть учтены при моделировании.

Таким образом, глинистые породы – физико-химические системы с иерархическим строением структурных элементов, активно взаимодействующих друг с другом на всех уровнях.

В заключении можно сделать следующие основные выводы:

  1. Показано, что исследование поровой структуры сланцевых пород представляет собой актуальную задачу, обусловленную высокой изменчивостью и низкой степенью изученности отложений баженовской свиты.
  2. Показано, что:
  • к основным отличительным признакам глин относятся высокодисперсность, коллоидный и водный факторы;
  • глинистые породы – физико-химические системы с иерархическим строением структурных элементов, активно взаимодействующих друг с другом на всех уровнях.

Список литературы:

  1. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика (Физика горных пород): учеб. для вузов / Под ред. доктора физ.-мат. наук Д.А. Кожевникова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ФГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. – 368 с.
  2. Арутюнов Т.В., Поздняк А.Н., Савенок О.В. Перспективы разработки сланцевой нефти на примере пласта ЮС0 Салымского месторождения // Материалы VII Всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых». 28-31 октября 2014 г. – Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2014. – С. 203-206.
  3. Арутюнов А.А., Арутюнов Т.В., Савенок О.В. Особенности разработки Салымского нефтяного месторождения (на примере пласта ЮС0) // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции Фундаментальные и прикладные исследования в России: проблемы и перспективы развития. 19 января 2015 г. – Ростов-на-Дону: Профпресс, 2015. – С. 40-52.
  4. Арутюнов Т.В. Исследование сланцевых пород и природы сланцевой нефтеносности Баженовской свиты и формации Баккен // Научный журнал НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИИ (политехнический вестник), 2015. – № 1.
  5. Немова В.Д Создание качественных геологических моделей строения баженовской свиты на основе изучения керна с привлечением данных сейсморазведки Санкт-Петербург 2014 г. [Электронный ресурс] Режим доступа
  1. Мартынов В.Г., Постников А.В., Постникова О.В. Причины «нетрадиционности» или «сложнопостроенности» пород-коллекторов // Электронный научный журнал «ГЕОРЕСУРСЫ. ГЕОЭНЕРГЕТИКА. ГЕОПОЛИТИКА», 2014. – Выпуск 2 (10) [Электронный ресурс] Режим доступа:
  1. Преснякова О.В. Сланцевая нефть доманикитов – что это? [Электронный ресурс] Режим доступа
  1. Арутюнов Т.В., Арутюнов А.А., Савенок О.В. Постановка задачи физико-химического моделирования сланцевых пород // Научно-технический журнал «Инженер-нефтяник». – М.: Издательство ООО «Ай Ди Эс Дриллинг», 2015. – № 1¢2015. – С. 42-47.
  2. Грунтоведение / Трофимов В.Т., Королёв В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров Р.С. Под. ред. В.Т. Трофимова. – 6-е изд., переработ. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 2005. – 1024 с. (Классический университетский учебник).
  3. Осипов В.И., Соколов В.H., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород / Под ред. академика Е.М. Сергеева. – M.: Недра, 1989. – 211 с.
  4. Осипов В.И., Соколов В.Н., Еремеев В.В. Глинистые покрышки нефтяных и газовых месторождений. – М.: Наука, 2001. – 238 с.
  5. Коваленко К.В. Система петрофизического обеспечения моделирования залежей нефти и газа на основе эффективной пористости гранулярных коллекторов: диссертация на соискание учёной степени доктора геолого-минералогиче-ских наук: 25.00.10 / Коваленко Казимир Викторович; [Место защиты: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина]. – Москва, 2015. – 358 с.
  6. Бурлин Ю.К., Конюхов А.И., Корнюшина Е.Е. Литология нефтегазоносных толщ: учебное пособие для ВУЗов. – М.: Изд-во «Недра», 1991.
  7. Гольдберг В.М. Скворцов Н.П. Проницаемость и фильтрация в глинах. – М.: Недра, 1986. – 160 с.
  8. Кульчицкий Л.И. Роль воды в формировании свойств глинистых пород. – М.: Недра, 1975. – 212 с.[schema type=»book» name=»ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ СЛАНЦЕВЫХ ПОРОД» author=»Арутюнов Татос Владимирович, Савенок Ольга Вадимовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-13″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 9819

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх
slot jendralmaya Slot slot gacor 2023 slot demo slot demo slot deposit pulsa slot demo slot demo slot slot deposit pulsa slot data hk data sgp data sdy data macau slot demo slot gacor slot gacor casino online slot dana sbobet https://kebudayaan.disdikbud.kaltimprov.go.id/slot-gacor-terpercaya/ https://perizinanonline.depok.go.id/data/slot-gacor/ https://perizinanonline.depok.go.id/assets/slot88/
404: Not Found