Способ определения коэффициентов фильтрации рыхлых песчано глинистых пород

%30еологожоник зведочный инстзе х оп- ации ические методы опих свойств и нефте- пород. М,: Недра, дство гидрогеолога. ва, Т,1, Л.: Недра,Геофикторсгорны ги и по- ретедого риве,п.фуков ксим льтрацды;электр ое со ские коэффициенты,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Дахнов В.Н,ределения коллегазонасы щения1985, с.183-186.СправочноеПод ред. В.М.М1979, 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 ископаемыхИзвестен 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 экспериментальных корреляционных соотношений типов(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛ ЦИЕНТОВ ФИЛЪТРАЦИ ЧАНОГЛИНИСТЫХ ПОРО(57) Использование: для послойны ределений коэффициентов фильтр в гидрогеологии, инженерной геол и при подземном выщелачивайи лезных ископаемых. Сущность изоб ния: коэффициент фильтрации каж пласта находят йз соотношени; и денного в формуле изобретения, 2 з лы. проведение в йсследуемых скважинах измерений удельной электропроводности или электрического сопротивления пород и нахождение по дайййм"указанйыхИЗМерений значений пористости и относительного электрическогосопротивления ьластов, и последующее определение коэффициентов фильтрации пластов йутем подставки найденных значений пористости й относительного электрического сопротивления в . корреляционные соотношения (1) и (2). Этот способ дает низкую точность й 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 из)2 лас ь гранулярнодержврито-г атрицы Кпо - пористопород;Клг - объемнокализованного алриала;Крг - объемрассеянного але ласте лого матеание в линис в и мат сте ианое содержание врито-глинистого ла,4 пс - эффекщенного песчапород, ммбрг - эффекщенного алеврпород, мм;А - эмпирициент, м/сут мм рен обомпонент тивный диаметр зно-гравийного ко тивный диаито-глинисческий пост тр зерен обобго компонента нный козффиПри повышских помех на ской активно содержания ло го алеврито-гли находят из соот енном влиянии ге измерения элект Сти плаСтов О ализованного и рнистого материалношений; электри- охимичеъемные ссеяннов пластах че с - о лг= РоГлг - дЕ,) рг =Роучаемого водоносного горизонта, определение в породах содержаний и размеров зерен фракции методамигранулометрического анализа, определениеэффективного диаметра зерен пород путемвзвешивания размеров зерен фракций по ихсодержаниям, определение эффективнойпористости пород, и определение коэффициентов фильтрации пород по их эффективной пористости и эффективным диаметромзерен с использованием соотношения Козени-КарманазКф=А2дэ, (3)(1 - К,) 2где Кф - коэффициент фильтрации;А - эмпирический коэффициент;Кпэ - эффективная пористость;дэ - эффективный диаметр зерен породы;Этот способ весьма трудоемкий и дорогой из-за необходимости отбора керновыхпроб из каждого пласта в изучаемом водоносном горизонте в каждой скважине наизучаемой площади, а также необходимостивыполнения гранулометрических анализови оп ределений эффективной пористости длякаждой пробы. Кроме того, в рыхлых песчано-глинистых отложениях выход кернаобычно неполный, что снижает представительность и достоверность получаемых оценок коэффициентов фильтрации или дляобеспечения достоверности требует сгущения сети керновых скважин,Целью изобретения является снижениетрудоемкости и стоимости определений коэффициентов фильтрации за счет сокращения объемов кернового бурения,Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу определения коэффици- .ентов фильтрации рыхлых песчано-глинистых пород, включающему бурениескважин, отбор керновых проб из пород изучаемого водоносного горизонта, определение в породах содержаний и размеровзерен фракций методами гранулометрического анализа, определение эффективного-диаметра зерен породы как взвешенйого изразмеров зерен Фракций по их содержаниям, определение эффективной пористостипород, 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 находятиз соотношения де Кф - коэффициент фильтрацгде Ро - среднее отношение удельной электропроводности пластовых вод изучаемого водоносного горизонта к удельной электропроводности песчано-гравийных пластов; 5др - удельная электропроводность пластовых вод изучаемого водоносного горизонта, См/м;сф - удельная электропроводность фильтрэта бурового раствора, применяемо го при бурении скважин на изучаемой площади, См/м;алг - удельная электропроводность локализованного алеврита-глинистого материала, См/м; 15сгп - удельная электропроводность пласта, См/м; Опз - удельная электропроводность протой зоны пласта, См/м: В - эмпирический постоянный коэффи и КлгРолг ОрР, Й -К, К щ.40Принципиальные основы предложенного способа следующие.Для определения коэффициентов фильтрации рыхлых рассеянно-глинистых пород по их гранулометрическоглу составу приме няют соотношение Козени-Кармана (3). Эффективная пористость такой породы равг э пористОсти ее гранулярной матрицы Кпо за вычетом содержания в породе рассеяннага алеврито-глинистого материала Крг . 50Кпэ=Кпо-Крг, (4)Эффективный диаметр зерен породы по данным гранулометрическога анализа определяют по размерам зерен фракций этой пор ды д и относительным содержаниям 55 зерен этих фракций К, па взвешивающим формулами иХ ( )о К;/д; к;/,Я 1ц нт.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-глинистаго материала локализованного и рассеянного типа впо родах изучаемого водоносного горизонта, содержание алеврито-глинистого материала подчиненного типа принимают равным нулю, а содержание алеврито-глинистогоматериала преобладающего типа находят 35 по соотношениямР, Дд-Гргде п - число выявленных в породе грануло метрических фракций,Выделим в породе две обобщенные фракции (кампонента): песчана-гравийную с эффективным диаметром зерен дпр0,05 мм и содержанием в породе Кос=1-Кпо и алеврито-глинистую с эффективным диаметром зерен дрг 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 сравнйтельно узкихпределах и могут быть приняты постоянными. Тогда для указанных обобщенных фракций из (5) следует1 - Кпо + К гбпсбргКрг Сэйпс + 1 - Кпос 3 рг) и (4) в урав Подставляя выражения (бние (3), получимКср=А (Кпо-Крг) хз не Кргбпс + 1 - Кпобрг. (7)Поскольку включения локализованного алеврито-глинистого материала в породах являются макроскопйческими (прослои, пропластки, линзы, окатыши, 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 Клг. Тогда для коэффициента фильтрации породы, содержащей оба типа алеврито-глинистого материала, окончательно получимКср=д (1-Клг) (Кпо-Крг) хдпсдрг 2+ 1 - Кпо аргеления обьемных содержа- нного и рассеянного алеврио материала можно напрймер, следующую изве(8 х(КргС 1 псДля опред ний локализова то-глинистог использовать, стную методику По способу относительной глинистости по величинам электрохимической алевритоглинистого материала и удельной электропроводности 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 пористости определяют рассеянную глинистость пластов и затем локализованную глинистость, как разность между общей и рассеянной,1754891 Крг - РоКп 12) 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 сечениирыхлой песчано-глинистой породы можно выделить локализованные алеврито-глинистые включения с суммарной площадью сечения Клг и удельной электропроводностью Олг, УцаСтКИ ГРаНУЛЯРНОй МатРИЦЫ, ПОРОВОЕ пространство которых заполнено рассеянным алеврито-глинистым материалом, с суммарной площадью сечения Крг/Кпо и УДельной электРопРовоДностью Валг/Ро, где В - отношение удельных электропроводностей рассеянного и локализованного алеврито-глинистого материала;Ро - относительное электрическое сопротивление гранулярной матрицы породы,или отношение удельной электропроводности пластовой воды к удельной электропроводности матрицы с порами, заполненными этой водой; участки гранулярной матрицы, паровое пространство которых заполненоОпзВ Олг О - ОпВОлгР - ВОлго Анализ уравнений 11 и 12 показывает, что они имеют смысл только при контраст- НЫХ ВЕЛИЧИНаХ Ор И Оф И, СООтВЕтСтВЕННО Оп и Опз. Если же эти величины близки, измерения удельной электропроводности промытой зоны малоинформативны и для определения содержаний алеврито-глинистого материала применимо только соотношение (9). В этом случае по керну ойорныхскважин определяют, какой тип глинистости преобладает в породах изучаемого водоносного горизонта, а содержание алеврито-глинистого материала подчиненного тийат 1 ринимают равным нулю, Из выражений (9) при Ург=О имеемРоОлг Ор а при Клг=0 получаемВ Олг - ОрПринимая содержание одного из типов алеврито.глинистого материала равным нулю и используя соотношения (13) или (14), тем самым приводят общую глинистость пород к глинистости преобладающего типа. Зксперйментальные данные показали, что Йбзникающие при этом погрешности обычпластовой водой, с суммарной площадью сечения 1-Клг-Крг/Кпо и удельной электропроводностью Ор/Ро,где ор - удельная электропроводность пластовой воды.Для макрооднородной и изотропной породы можно принять, что ее удельная электропроводность равна сумме произведений удельных электропроводностей компонент на их сечения. Тогда для удельной электропроводности рыхлой песчано-глинистой породы получаемК гОи =ар Ро +(ВОлг О )1Кпо (9)/Ро+ Клг (алг-Ор/Ро) Аналогично, при заполнении порогового пространства фильтратом бурового раствора с удельной электропроводностью Оср, удельная электропроводность промытой зоны пласта составит Крг/Ро+ Клг(Олг - Оф"Ро),Разрешая уравнения (10) и (9) относительно Клг и Крг, получимО - В аа - О,Ро ,Оф -Ор но невелики, в особенности при приведении к рассеянной глийистости.Величину (1) в соотношениях (3), (7), (8)определяют экспериментально по выраже нию (3) путем лабораторных измерений коэффициентов фильтрации керновых образцов с известными эффективной пористостью и эффективным диаметром зерен, В отсутствие таких измерений можно принять 10 литературную оценку А=ЗООО м/сут мм 2. Величину (2) в соотношениях (9)-(14) определяют экспериментально в опорных скважинах путем измерений удельной электропровод- ности пластов, в которых по керновым дан ным поровое пространство заполненорассеянным алеврито-глинистым материалом, и сравнения получаемых значений с удельной электропроводностью локализованного алеврито-глинистого материала. В 20 отсутствие таких измерений для рыхлых пород можно принять В=1.3,Экспериментально установлено, что относительное электрическое сопротивление гранулярной матрицы Ро и ее пористость 25 Кпо, а также удельная электропроводностьЛОКаЛИЗОВаННОГО Олг И раССЕяННОГО В Олг алеврито-глинистых компонентов, в пределах локальных геологически однородных участков для проницаемых пластов меня отся незначительно й 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 обьектов.Способ осуществляют следующим образом.В процессе бурения опорных скважин,. представительно распределенных на изучаемой площади, отбирают пробы керна всехвстречающихся 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 б всех присутствующих в образцах гранулометрических фракций. Выделяют в образцах песчано-гравийный (б0,05 мм) и алеврито-глинистый (б 0,05 мм) компоненты, и по соотношению (5) находят средние для изучения образцов значения эффективных диаметров зерен бп, и бр, 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 равнойпористости гранулярной матрицы породизучаемого водоносного горизонта. Во время бурения опорных скважин отбирают пробы бурового раствора и определяютудельную электропроводность фильтрата (тф, приведенную к пластовой температуре. Измеряют в опорных скважинах удельную электропроводность пород оп, 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-глинистого20 ала 25 30 35 конец, подставляя в выражение(8) значения 40 45 50 компойента в керновйх образцах иэ пластов с удельной электропроводностью этих. пластов, 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 скважинне выявлено, пористость гранулярной матрицы и удельную электропроводность локализованного алеврито-глинистого компонентов определяют путем построения зависимостей указанных 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 электропровод- ность 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 обьемные содержания в каждом пласте алеврито-глинистого материала локализованного и рассеянного типа, И, напористости гранулярной матрицы и эффективных диаметров зерен обобщенных фракций для изучаемого водбносного 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)2 40 45 50 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 дополнительнб определяют средние содержания локализованного и 15 рассеянного алеврито-глинистого материа-ла впоРодахйзучаеМого вбдойосйо гори-зонта, и выявляют преобладающий и подчиненный йо среднему сбдержанию типы глинистости, При преобладании рассея нного алев рито-"глинистого"ма гериаласодержание 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 равным нулю, и затем находят коэффициенты фильтрации пластов подставкой полученных оценок глинистости обоих типов в соотношение (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 сетьОпорных 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, опре- деление 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;Кпо - йористость гранулярной матрицы пород;Клг - объемноесодержание в пласте локализованного алеврито-глинистого материала;Крг - объемное содержание в пласте рассеянного алеврито-глинистого материала; бпс - эффективный диаметр зерен обобщенного песчанб-гравийного компонента пород, мм;дрг - эффектйвный диаметр зерен обобщенного алеврито-глинистого компонента пород, мм;А - эмпирический постоянный коэффициент, м/сут мм 2. 2. Способ поп,1; отл и ч а ю щи йс 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. 13 1754891 ОпзВ Олг - О - ОпВ Олг О - В глгО - /РоКлг РоОлгРо ВОф - Ср Крг=КпоОлг -4Составитель Ю. ЛупичеваРедактор Н. Швыдкая Техред М.Моргентал Корректор 3. Салко Заказ 2875 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Крг = РоКпо-лг где Ро - среднее отношение удельной элек- . 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тропроводности пластовых вод изучаемого тем, что при повышенном влиянйи геоэлекводоносного горизонта к удельной электро- трических помех на изменения. электрохипроводности песчано-гравийных пластов;мической активности пластов и при близкихсгр-удельная электропроводность пла значениях удельной .электропроводности стовых вод изучаемого водоносного гори- пластов и промытой зоны этих пластов по зонта, См/м; . керновым образцам опорных скважин выявоф - удельная электропроводность .ляют подчиненное и преобладающее соотфильтрата бурового раствора, применяемо- ношение алеврито-глинистого материала го при бурении скважин на изучаемой пло локализованного и рассеянного типа в пощади, См/м; . родах изучаемого водойосного горизонта,сглг - удельйая электропроводность ло-: содержание алеврито-глинистого материакализованного алеврито-глинистого мате-. ла нодчиненного типа принимают равным риала порОд, См/м;: нулю, а содержание-алеврито-глинистогосгп - удельная электропроводностьпла материала преобладающего типа находят ста, См/м; из соотношений .,ж- . - , гКлг= ПрОМЫтОй ЗОНЫ ПЛаСта, СМ/М; Ро СГлг - Орв-юань а мР,а циент,: . 20 Ор