СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕГО СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОРОДАХ СЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩ, ОБОГАЩЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДАМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2020 года по МПК G01N33/24 E21B49/00 G01V9/00 

Область техники

Изобретение относится к области исследований свойств пород сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, а именно – исследований общего содержания органического вещества.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ определения общего содержания органического вещества пород сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, на основе результатов измерений теплопроводности образцов пород (см. [1] Попов Е.Ю., Попов Ю.А., Спасенных М.Ю., Калмыков Г.А., Стенин В.П. Нефтяное хозяйство. Тепловые свойства пород баженовской свиты. №10, С. 32-37, 2015), являющийся наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, взятым за прототип. Способ заключается в том, что измеряют теплопроводность образца породы сланцевой толщи, определяют теплопроводность минеральной матрицы этого образца породы, определяют теплопроводность органического вещества, содержащегося в образце породы. После этого определяют общее содержание органического вещества (С_орг) в образце породы в процентах по соотношению:

(1)

где – эффективная теплопроводность, измеряемая экспериментально на образцах пород, – теплопроводность минеральной матрицы породы сланцевой толщи, – теплопроводность органического вещества в породе сланцевой толщи.

Известный способ определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, обладает следующими недостатками, снижающими точность и надежность результатов определения общего содержания органического вещества пород сланцевых толщ по результатам определения теплопроводности пород сланцевых толщ:

1. Подход к определению общего содержания органического вещества на основе определения теплопроводности пород является недостаточно корректным, так как соотношение (1), на котором основан данный подход, используется по аналогии с известной формулой эффективной теплопроводности двухкомпонентной неоднородной среды (см. [2] Lichtenecker K., Rother K. Die Herkeitung des logarithmishen Mischungsgesetzes ans allgemeinen Prinsipien des stationaren Stroming. Phys.Zeit, №32, 255–260, 1931):

(2)

где, согласно [2], должны использоваться следующие параметры:

λ_эфф – эффективная теплопроводность неоднородной двухфазной среды, измеряемая в процессе экспериментов и обозначаемая ниже как , – теплопроводность фазы 1, – теплопроводность фазы 2, Ф₁ – объемная доля фазы 1; Ф₂ – объемная доля фазы 2.

Однако в работе [1] при выводе формулы (1) в известном способе вместо формулы (2) используется формула:

(3)

где λ_изм – корректно обозначает измеренную эффективную теплопроводность λ_эфф, используемую в уравнении (2), λ_орг – представляет собой теплопроводность органического вещества, λ_матр – теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, С_орг – общее содержание органического вещества в породах сланцевой толщи. В качестве фазы 1 в работе [1] рассматривается органическое вещество, а в роли фазы 2 рассматривается минеральная матрица породы. Однако в формуле (3) по сравнению с формулой (2) вместо необходимой согласно [2] объемной доли органического вещества Ф_орг, принятого в известном способе за фазу 1, без достаточного обоснования в работе [1] некорректно используют общее содержание органического вещества С_орг, (в процентах), которое представляет собой не объемную, а массовую долю органического вещества в породе.

Связь компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород с общим содержанием органического вещества предлагается принять в следующем виде:

λ_изм = λ_матр･exp (-k₁·С_орг) (4)

где λ_изм – компонента теплопроводности пород сланцевой толщи вдоль напластования пород, – теплопроводность минеральной матрицы породы сланцевой толщи, k₁ – коэффициент связи между теплопроводностью породы сланцевой толщи и общим содержанием органического вещества в породе сланцевой толщи, С_орг – общее содержание органического вещества в породе сланцевой толщи в процентах.

Значение теплопроводности органического вещества , используемое в известном способе для определения общего содержания органического вещества по формуле (1), в известном способе предлагается рассчитывать при помощи соотношения (см. [1]):

λ_орг = λ_матр･exp (-100·k₁) (5)

где - теплопроводность органического вещества в породе сланцевой толщи, – теплопроводность минеральной матрицы породы сланцевой толщи, k₁ – коэффициент связи между теплопроводностью породы сланцевой толщи и общим содержанием органического вещества в породе сланцевой толщи.

Уравнение (5) в известном способе получено также с использованием некорректного, как указано выше, соотношения (3).

Таким образом, оба соотношения (1) и (5), являющиеся базовыми для известного способа для достижения поставленной цели, являются некорректными, так как без какого-либо обоснования вместо объемной доли органического вещества (фаза 1) (см. [2]) в формуле (2) в известном способе используют массовую долю органического вещества (см. [1]). Вместе с тем, в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, массовая доля органического вещества может отличаться от объемной доли органического вещества на величину от 39 до 56% при уменьшении массовой доли органического вещества в ее реальном диапазоне от 30% до 1%. Данная некорректность, связанная с использованием массовой доли органического вещества С_орг вместо объемной доли органического вещества Ф_орг в уравнении (3), приводит к значительным погрешностям как в определении теплопроводности органического вещества по формуле (5), необходимой для определения общего содержания органического вещества согласно формуле (1), так и приводит к погрешностям определения С_орг по формуле (1), полученной, как показано выше, из некорректных предпосылок. В связи с указанными двумя погрешностями в формулах (1) и (5), определение общего содержания органического вещества по формуле (1) в известном способе дает некорректный результат. Таким образом, при известном способе для определения общего содержания органического вещества не используется соотношение, имеющее необходимое физическое обоснование.

2. Регистрация распределения теплопроводности пород на керне осуществляется без установки необходимой пространственной разрешающей способности при регистрации непрерывного распределения теплопроводности вдоль образцов керна или их малогабаритных дубликатов. Такая установка необходимой пространственной разрешающей способности при регистрации непрерывного распределения теплопроводности вдоль образцов керна или их малогабаритных дубликатов нужна, чтобы обеспечить соответствие размера проб, отбираемых из образцов полноразмерного керна для пиролиза, и размера участков на образцах полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов, для которых определяется теплопроводность. Обеспечение соответствия размеров проб и размеров участков на образцах полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов, для которых определяется теплопроводность, должно исключить влияние существенной неоднородности образцов пород нефтяных сланцевых толщ, при которой теплопроводность породы изменяется в пределах образца керна на 10-80% в связи с высоким, в 15-40 раз, контрастом в теплопроводности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества (например, см. [1], а также cм. [3] Барщевский М.М., Безмозгин Э.С., Шапиро Р.Н. Справочник по переработке горючих сланцев. Ленинград: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1963). При регистрации непрерывного распределения теплопроводности на образцах керна или его малогабаритных дубликатах с неправильно обеспечиваемой пространственной разрешающей способностью для отбираемых для пиролиза проб будут получены значения теплопроводности, которые могут соответствовать гораздо большим или меньшим размерам элементов образцов керна, чем изготавливаемые по результатам определения теплопроводности пробы для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза. В таком случае получают неверные результаты анализа корреляционной связи между теплопроводностью и общим содержанием органического вещества, которые вносят погрешность в определение общего содержания органического вещества по результатам определения теплопроводности пород сланцевых толщ. Установку пространственной разрешающей способности для регистрации непрерывного распределения теплопроводности на керне или его малогабаритных дубликатах необходимо проводить так, чтобы пространственная разрешающая способность (элемент разрешения) вдоль направления регистрации непрерывного распределения теплопроводности на керне была меньше, чем линейный размер проб в направлении регистрации непрерывного распределения теплопроводности вдоль образцов керна или их малогабаритных дубликатов. Это позволит получить надежные результаты определения теплопроводности для каждой пробы, отбираемой для определения органического вещества при помощи метода пиролиза, по распределению теплопроводности вдоль образца керна или его малогабаритного дубликата.

3. Не обеспечивается определение теплопроводности минеральной матрицы пород, необходимой для расчета общего содержания органического вещества по соотношению (1), что снижает точность определения общего содержания органического вещества по результатам определения теплопроводности образцов пород.

4. В качестве теплопроводности минеральной матрицы не рассматривается компонента теплопроводности минеральной матрицы пород вдоль напластования пород, что важно, так как при высокой анизотропии теплопроводности пород сланцевых толщ с высоким содержанием углеводородов, обычно находящейся в диапазоне 1,2-3,2 (см. [4] Попов Ю.А., Попов Е.Ю., Чехонин Е.М., Габова А.В., Ромушкевич Р.А., Спасенных М.Ю., Заграновская Д.Е. Исследования баженовской свиты с применением непрерывного профилирования тепловых свойств на керне. Нефтяное хозяйство. № 3, С. 22-27, 2017), неучет анизотропии теплопроводности приводит к погрешности определения общего содержания органического вещества по результатам определения теплопроводности пород.

5. Не обеспечивается дополнительное определение общего содержания органического вещества иным путем (например, при помощи метода пиролиза Rock-Eval) на контрольной коллекции образцов пород, состоящей из проб, обоснованно отбираемых из образцов керна, для проверки и корректировки результатов расчетов общего содержания органического вещества, полученных путем расчетов по результатам измерений теплопроводности по формуле (1).

5. Для определения общего содержания органического вещества не используется определение коэффициента связи, характеризующего связь теплопроводности пород и общего содержания органического вещества.

6. Не предусматривается исключение влияния наличия высокотеплопроводных минералов, таких как пирит, кварц, доломит (теплопроводность соответственно 40,4 Вт/(м·K), 7,60 Вт/(м·K), 5,92 Вт/(м·K)) (см. [5] Попов Ю.А., Березин В.В., Соловьев Г.А., Ромушкевич Р.А. Коростелев В.М., Костюрин А.А. Физика Земли. Теплопроводность минералов. №3, 245-253, 1987), значительно отличающихся от теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевых толщ и характеризующихся своими локальными проявлениями в породах сланцевых толщ. Исключение влияния теплопроводности этих минералов на оценку теплопроводности пород сланцевых толщ необходимо, так как оно искажает стабильную связь теплопроводности пород сланцевых толщ с общим содержанием органического вещества, обеспечиваемую за счет достаточно стабильной теплопроводности основных породообразующих минералов пород сланцевых толщ – кварц-халцедон, кальцит, глинистые минералы (теплопроводность соответственно 3,0 Вт/(м·K), 3,0 Вт/(м·K), 2,7 Вт/(м·K) (см. [5]).

7. Не учитываются вариации теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевых толщ, коэффициента связи между теплопроводностью пород сланцевых толщ и общим содержанием органического вещества, теплопроводности органического вещества, необходимых для определения связи общего содержания органического вещества с теплопроводностью пород и определения общего содержания органического вещества по результатам определения теплопроводности пород сланцевых толщ, для различных участков одной сланцевой толщи, имеющих разные физические, геохимические свойства и литологические характеристики.

8. Не используются результаты изучения связи теплопроводности пород сланцевых толщ с общим содержанием органического вещества, проведенного предварительно для других сланцевых толщ и их участков, аналогичных в геологическом отношении изучаемой сланцевой толще и ее участкам.

9. Для определения теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевых толщ не используется распределение теплопроводности вдоль каждого изучаемого образца керна или его малогабаритного дубликата в интервале глубин сланцевой толщи.

10. Не осуществляется корректировка непрерывного распределения общего содержания органического вещества, полученного по результатам определений теплопроводности пород сланцевых толщ на керне или его малогабаритных дубликатах, при помощи результатов определения органического вещества с использованием метода пиролиза, выполненного на дополнительно отобранных пробах пород.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Непрерывное распределение компоненты теплопроводности вдоль напластования вдоль образцов керна скважины. Красные точки – участки отбора образцов коллекции проб (Примечание: на оси ординат графиков и далее по тексту описания приведены значения глубин в метрах, где обозначение «ХХ» – использованы вместо реальных значений глубин в виду нежелательности раскрытия информации о глубинах залегания баженовской свиты).

Фиг. 2. Непрерывное распределение компоненты теплопроводности вдоль напластования породы вдоль образца керна и связь изменений теплопроводности с присутствием в образце породы органического вещества, доломита и пирита.

Фиг. 3. Непрерывное распределение общего содержания органического вещества С_орг вдоль образцов керна при применении первого варианта предлагаемого способа. Синяя линия – результаты определения общего содержания органического вещества при помощи первого варианта предлагаемого способа, красные точки – результаты определения общего содержания органического вещества на образцах отобранной коллекции проб при помощи метода пиролиза.

Фиг. 4. Поле корреляции между компонентой теплопроводности вдоль напластования и общим содержанием органического вещества по результатам применения второго варианта предлагаемого способа.

Фиг. 5. Непрерывное распределение общего содержания органического вещества С_орг вдоль образцов керна при применении второго варианта предлагаемого способа. Синяя линия – результаты определения общего содержания органического вещества при помощи второго варианта предлагаемого способа, красные точки – результаты определения общего содержания органического вещества на образцах отобранной коллекции проб при помощи метода пиролиза.

Фиг. 6. Непрерывное распределение общего содержания органического вещества С_орг вдоль образцов керна при применении третьего варианта предлагаемого способа.

Сущность изобретения

Задачей заявленного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества данных о непрерывном распределении общего содержания органического вещества вдоль скважины, пробуренной в сланцевой толще, обогащенной углеводородами.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счёт первого варианта предложенного способа определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, в соответствии с которым: осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов; затем по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят отбор коллекции проб вдоль линии регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза таким образом, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины; перед проведением регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов устанавливают пространственное разрешение регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов таким, чтобы оно было не более, чем линейный размер образцов проб, отбираемых для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза, вдоль направления регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород; после этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза; далее определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или их малогабаритных дубликатов; затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи; затем по данным о компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород, полученным для образцов отобранной коллекции проб, а также по результатам определения общего содержания органического вещества для образцов отобранной коллекции проб при помощи метода пиролиза и полученным данным о теплопроводности минеральной матрицы пород устанавливают коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для пород сланцевой толщи; после этого по данным о непрерывном распределении измеренных значений компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, установленной теплопроводности минеральной матрицы пород и установленном коэффициенте связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов по установленному соотношению, связывающему значения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины или его малогабаритных дубликатов в интервале глубин сланцевой толщи, теплопроводность минеральной матрицы пород, коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общее содержание органического вещества пород.

Также поставленная задача решается, а технический результат достигается за счёт второго варианта предложенного способа определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, в соответствии с которым: осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов с пространственным разрешением регистрации вдоль скважины не менее, чем размер проб, отбираемых для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза; затем по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят отбор коллекции проб из части образцов керна полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза таким образом, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины; после этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза; далее определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов; затем проводят анализ корреляционной связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород образцов отобранной коллекции проб, определенной по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб, определенным при помощи метода пиролиза, и устанавливают уравнение связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб, позволяющее одновременно установить теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества; после этого при помощи установленного уравнения связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб устанавливают теплопроводность минеральной матрицы для образцов отобранной коллекции проб и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества; после этого по данным о непрерывном распределении измеренных значений компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, установленной теплопроводности минеральной матрицы пород и установленному коэффициенту связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов по установленному соотношению, связывающему значения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, теплопроводность минеральной матрицы пород и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород.

Также поставленная задача решается, а технический результат достигается за счёт третьего варианта предложенного способа определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, в соответствии с которым: осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов; затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород, плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород, теплопроводность органического вещества пород; после этого по результатам определения непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, установленным значениям теплопроводности минеральной матрицы пород, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов при помощи соотношения

где С_орг – общее содержание органического вещества, ρ_матр – плотность минеральной матрицы, ρ_орг – плотность органического вещества, λ_орг – теплопроводность органического вещества, λ_матр – установленная теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, λ_изм – компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов.

Также технический результат достигается за счет того, что теплопроводность минеральной матрицы пород определяют путем определения теплопроводности участков образцов пород и участков сланцевой толщи, расположенных вне участков расположения органического вещества в образцах пород.

Также технический результат достигается за счет того, что выделяют участки непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов с повышенными, по отношению к минеральной матрице пород сланцевой толщи, значениями теплопроводности, соответствующими присутствию минералов пирит, кварц и доломит; затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород по компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород на участках образцов пород и участков сланцевой толщи, расположенных между участками расположения органического вещества, исключая из непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов выделенные участки с повышенными, по отношению к минеральной матрице пород сланцевой толщи, значениями компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород, соответствующими присутствию минералов пирит, кварц и доломит.

Также технический результат достигается за счет того, что дополнительно разделяют сланцевую толщу вдоль скважины на области по различию для областей сланцевой толщи теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициента связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества.

Также технический результат достигается за счет того, что дополнительно разделяют сланцевую толщу вдоль скважины на области по различию для областей сланцевой толщи значений теплопроводности минеральной матрицы, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества пород.

Также технический результат достигается за счет того, что определяют минеральный состав минеральной матрицы пород сланцевой толщи; затем по данным о минеральном составе и теплопроводности минералов определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи по соотношению

где Ф₁, Ф₂, …, Ф_N – объемная доля соответственно 1-го, 2-го, …, N-го минерала в составе породы, λ_мин1, λ_мин2,…, λ_минN – теплопроводность соответственно 1-го, 2-го, …, N-го минерала в составе породы.

Также технический результат достигается за счет того, что образцы коллекции проб пород сланцевой толщи из образцов полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов отбирают таким образом, что обеспечивают их размеры достаточными для измерений плотности органического вещества, теплопроводности органического вещества и плотности минеральной матрицы пород, после этого на образцах отобранной коллекции проб определяют плотность органического вещества, теплопроводность органического вещества и плотность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, а также при помощи непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов определяют теплопроводность образцов отобранных проб, после чего определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевых толщ для отобранных проб из соотношения

где λ_матр – теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, для отобранных проб, Ф_орг – объемная доля органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, для отобранных проб, λ_{орг –} теплопроводность органического вещества, для отобранных проб, λ_изм – компонента теплопроводности отобранных проб, отобранной пробы вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов керна или их малогабаритных дубликатов вдоль интервала глубин сланцевой толщи; при этом объемную долю органического вещества в породе сланцевой толщи (Ф_орг), обогащенной углеводородами, определяют из соотношения

где ρ_матр – плотность минеральной матрицы, для отобранных проб, ρ_орг – плотность органического вещества, для отобранных проб, С_орг - общее содержание органического вещества в образце керна, полученная для отобранных проб при помощи метода пиролиза или его малогабаритном дубликате, полученное при помощи метода пиролиза.

Также технический результат достигается за счет того, что по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят отбор коллекции проб из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов таким образом, что обеспечивают размеры проб достаточными для измерений теплопроводности органического вещества, плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества, определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза; далее на образцах отобранной коллекции проб определяют плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород, теплопроводность органического вещества пород, общее содержание органического вещества; затем для образцов отобранной коллекции проб определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевых толщ, для отобранных проб из соотношения

где λ_матр – теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, для отобранных проб, Ф_орг – объемная доля органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, для отобранных проб, λ_{орг –} теплопроводность органического вещества, определенная для образцов проб, для отобранных проб, λ_изм – компонента теплопроводности отобранных проб образцов отобранной коллекции проб вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов керна или их малогабаритных дубликатов вдоль интервала глубин сланцевой толщи; при этом объемную долю Ф_орг органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, для отобранных проб, определяют из соотношения

где ρ_матр – плотность минеральной матрицы, определенная для образцов проб отобранной коллекции проб, ρ_орг – плотность органического вещества, определенная для образцов проб отобранной коллекции проб, С_орг - общее содержание органического вещества, определенная для образцов проб отобранной коллекции проб, полученное при помощи метода пиролиза.

Также технический результат достигается за счет того, что теплопроводность органического вещества определяют путем измерений на частицах органического вещества, отобранных из образцов керна или его малогабаритных дубликатов на участках расположения органического вещества.

Также технический результат достигается за счет того, что предварительно по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят обоснованный отбор коллекции проб из образцов керна полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов таким образом, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины; после этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения плотности и общего содержания органического вещества, плотности и теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи; после этого определяют теплопроводность органического вещества по соотношению

где λ_орг – теплопроводность органического вещества, ρ_матр – плотность минеральной матрицы, определенная для образцов проб, ρ_орг – плотность органического вещества, определенная для образцов проб, С_орг - общее содержание органического вещества в пробе, полученное при помощи метода пиролиза, λ_изм – компонента теплопроводности пробы вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород, вдоль образцов керна или его малогабаритных дубликатов, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, определенная для образцов проб.

Также технический результат достигается за счет того, что определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества по результатам действий, проведенных ранее по первому и второму варианту реализации способа для сланцевых толщ, аналогичных в геологическом отношении изучаемой сланцевой толще.

Также технический результат достигается за счет того, что определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород и теплопроводность органического вещества пород по результатам действий, проведенных ранее по третьему варианту реализации способа для сланцевых толщ, аналогичных в геологическом отношении изучаемой сланцевой толще.

Также технический результат достигается за счет того, что осуществляют корректировку непрерывного распределения общего содержания органического вещества, полученного по результатам определений теплопроводности пород сланцевых толщ на керне или его малогабаритных дубликатах, при помощи результатов определения органического вещества при помощи метода пиролиза, выполненного на пробах пород, дополнительно отобранных в интервалах глубин, из которых не отбирались пробы пород в рамках применения способа определения органического вещества по первому, второму и третьему варианту реализации способа.

Также технический результат достигается за счет того, что определение теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи осуществляют таким образом, чтобы результат определения соответствовал компоненте теплопроводности минеральной матрицы пород в направлении напластования пород.

Также технический результат достигается за счет того, что выделяют интервалы глубин сланцевой толщи с коэффициентом связи и/или теплопроводностью минеральной матрицы, отличающимися от коэффициента связи и/или теплопроводности минеральной матрицы для других интервалов глубин сланцевой толщи, далее окончательно определяют коэффициент связи и/или теплопроводность минеральной матрицы для каждого выделенного интервала глубин сланцевой толщи, после чего определяют общее содержание органического вещества для каждого выделенного интервала глубин по установленному соотношению, связывающему компоненту теплопроводности вдоль напластования пород и общее содержание органического вещества пород при значениях коэффициента связи и/или теплопроводности минеральной матрицы, окончательно установленных для каждого интервала глубин.

Осуществление изобретения

В соответствии с первым вариантом предложенного способа осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов. На современном уровне техники это может осуществлено методом теплофизического профилирования керна, основанного на применении приборов и метода оптического сканирования (см. [6] Popov Y., Beardsmore G., Clauser C., Roy S. Rock Mechanics and Rock Engineering. ISRM Suggested Methods for Determining Thermal Properties of Rocks from Laboratory Tests at Atmospheric Pressure. 49, 4179–4207, 2016). Особенности работы приборов оптического сканирования таковы, что при оптическом сканировании вдоль оси керна, т.е. вдоль оси скважины при ее вертикальной или субвертикальной ориентации, осуществляются измерения компоненты теплопроводности пород для направления, перпендикулярного направлению оптического сканирования, т.е. для направления вдоль напластования пород. Малогабаритные дубликаты керна представляют собой части образцов керна, получаемые при распиловке керна вдоль его оси и имеющие плоскую поверхность, формируемую при распиловке керна. Определение непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород можно осуществлять, например, если методом оптического сканирования сканировать все образцы керна, поднятые из вертикальной или субвертикальной скважины, вскрывшей толщу с горизонтальным или субгоризонтальным напластованием пород, или их малогабаритные дубликаты, располагая образцы керна или их малогабаритные дубликаты последовательно на платформе прибора оптического сканирования вдоль направления движения оптической головки прибора оптического сканирования, при этом оси образцов керна или их малогабаритных дубликатов при измерениях теплопроводности ориентируют вдоль направления движения оптической головки прибора оптического сканирования. В таком случае регистрируются именно непрерывные распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород (см [6]).

Предпочтение компоненте теплопроводности вдоль напластования пород обусловлено тем, что ранее было показано, что компонента теплопроводности вдоль напластования пород сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, намного теснее связана с общим содержанием органического вещества, чем компонента теплопроводности поперек напластования пород (см. [7] Попов Е.Ю., Ромушкевич Р.А., Попов Ю.А.. Измерения тепловых свойств пород на стандартных образцах как необходимый этап теплофизических исследований месторождений углеводородов. Геология и разведка. № 2. С.56-70, 2017). Менее тесная связь компоненты теплопроводности поперек напластования пород с общим содержанием органического вещества связана с искажающим влиянием микротрещин, которые в породах сланцевых толщ ориентированы так же, как и пропластки органического вещества. Ориентированные микротрещины практически не влияют на компоненту теплопроводности вдоль напластования, но существенно влияют на компоненту теплопроводности поперек напластования, что искажает связь теплопроводности с общим содержанием органического вещества.

Полученное непрерывное распределение компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов позволяет отобрать коллекцию проб вдоль скважины из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов для измерений общего содержания органического вещества. Для получения представительных данных о связи компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород с общим содержанием органического вещества необходимо, чтобы данные о теплопроводности и общем содержании органического вещества характеризовали образцы пород с возможно более широким диапазоном теплопроводности, что будет соответствовать и возможно более широкому диапазону общего содержания органического вещества. Это достигается таким образом, что для изготовления проб, которые должны быть распределены вдоль линии регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород, по непрерывному распределению компоненты теплопроводности вдоль напластования пород отбираются участки образцов керна или его малогабаритных дубликатов так, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала (Фиг. 1). В условиях, когда вариации теплопроводности в пределах отдельных образцов пород сланцевых толщ составляют 10-80% (см. [4]) необходимо, чтобы данные о компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород и общем содержании органического вещества характеризовали одни и те же образцы пород т.е. образцы пород с приблизительно одинаковыми размерами. С этой целью перед проведением регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов устанавливают пространственное разрешение регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов таким, чтобы оно было не более, чем линейный размер образцов проб, отбираемых для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза, вдоль направления регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород. Наилучшее пространственное разрешение при регистрации непрерывного распределения теплопроводности вдоль образцов керна приборами оптического сканирования может составить 0,2 мм (см. [6]). При регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов прибором оптического сканирования регулировка пространственного разрешения регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования может быть осуществлена путем выбора необходимой комбинации скорости оптического сканирования, расстояния между пятном нагрева и полем зрения инфракрасного датчика температуры, размерами пятна нагрева, постоянной времени (инерционностью) узла регистрации температуры (см. [6]). Установка необходимой пространственной разрешающей способности при регистрации непрерывного распределения теплопроводности вдоль образцов керна или их малогабаритных дубликатов нужна, чтобы обеспечить соответствие размера проб, отбираемых из образцов полноразмерного керна для пиролиза, объем которых составляет 0,4-0,8 см³, и размера участков на образцах полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов, для которых определяется теплопроводность. Необходимые линейные размеры образцов для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза Rock-Eval с использованием прибора HAWK (см. [8] Bordenave M.L., J. Espitalie, J. Leplat, J.L. Oudin, and M. Vandenbroucke, Screening techniques for source rock evaluation, in M.L. Bordenave, ed., Applied petroleum geochemistry: Paris, Editions Technip, p. 217-278, Rock-Eval, p. 237-255, 1993) и (см. [9] Лопатин Н.В, Емец Т.П., Пиролиз в нефтегазовой геохимии, Наука, Москва, 76 стр, 1987 г.) составляют 5-8 мм. Обеспечение соответствия размеров проб и размеров участков на образцах полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов, для которых определяется теплопроводность, необходимо, чтобы исключить влияние существенной неоднородности образцов пород нефтяных сланцевых толщ, которая характеризуется тем, что теплопроводность породы изменяется в пределах образца керна на 10-80% в связи с высоким контрастом, в 10-40 раз, теплопроводности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества (например, см. [1]).

После этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза. Определение общего содержания органического вещества для образцов отобранной коллекции проб может быть проведено, например, при помощи метода пиролиза Rock-Eval с использованием прибора HAWK (см. [8] и [9]) путем пересчета общего содержания органического углерода в общее содержание органического вещества с помощью коэффициента, зависящего от зрелости органического вещества пород сланцевой толщи (см. [10] Неручев С.Г., Справочник по геохимии нефти и газа. – С-Пб., Издательство «Недра», 576 с., 1998 г.).

Для каждого образца из отобранной коллекции проб определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород образцов по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или их малогабаритных дубликатов (Фиг. 1). Для этого используют участок непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород, по длине равный размеру соответствующего образца пробы в направлении регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины или их малогабаритных дубликатов. Например, при линейном размере образца пробы, отбираемого для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза, равном 6 мм, длина участка образца полноразмерного керна или его малогабаритного дубликата, на котором зарегистрировано непрерывное распределение теплопроводности, соответствующее данному образцу пробы, должна составлять также 6 мм.

Затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи. Теплопроводность минеральной матрицы может быть определена, например, путем измерений теплопроводности на приготавливаемых синтетических образцах, представляющих собой смесь частиц минеральной матрицы породы и вещества-заполнителя с известной теплопроводностью (см. [11] Гончаров А.О., Попов Е.Ю., Чехонин Е.М., Острижный Д.А., Попов Ю.А., Стенин В.П. Новый метод изучения тепловых свойств пород путем измерений на шламе и частицах неконсолидированных пород. В сборнике тезисов научно-практической конференции по вопросам геологоразведки и разработки месторождений нефти и газа «Геомодель 2018». Геленджик, Россия, 10-14 сентября 2018 г.). Частицы минеральной матрицы породы для измерений теплопроводности минеральной матрицы пород могут быть получены путем механического раздробления отдельных фрагментов образцов полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов, которые можно считать типичными по своим петрофизическим и геохимическим характеристикам для характеризуемого интервала глубин вдоль скважины.

После этого по данным о компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород, полученным для образцов отобранной коллекции проб, а также по результатам определения общего содержания органического вещества для образцов отобранной коллекции проб при помощи метода пиролиза и полученным данным о теплопроводности минеральной матрицы пород вдоль напластования пород сланцевой толщи устанавливают коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для пород сланцевой толщи. Это может быть осуществлено, например, из предположения линейной зависимости между компонентой теплопроводности вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества в виде

λ_изм = k·С_орг + λ_матр (6)

где λ_изм – измеренная компонента теплопроводности вдоль напластования пород, k – коэффициент связи, С_орг – общее содержание органического вещества, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи.

В таком случае коэффициент связи k определяют для каждого образца из уравнения (6) и по данным этих определений оценивают его величину, характерную для пород из всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи. Такой величиной коэффициента связи, характерной для пород всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи, может быть выбрана, например, средняя величина коэффициента связи для пород всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи. После этого определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов керна или его полноразмерных дубликатов (Фиг. 3) из соотношения, следующего из формулы (6):

С_орг=(λ_изм - λ_матр)/k (7)

где λ_изм – измеренная компонента теплопроводности вдоль напластования пород, k – коэффициент связи, характерный для пород из всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщ, С_орг – общее содержание органического вещества, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи.

Если связь между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для пород сланцевой толщи рассматривают из предположения экспоненциальной зависимости между компонентой теплопроводности вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества, то уравнение связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для пород сланцевой толщи записывают в виде

λ_изм = λ_матр·e^-k·С_орг (8)

где λ_изм – измеренная компонента теплопроводности вдоль напластования пород, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, k – коэффициент связи, С_орг – общее содержание органического вещества.

В таком случае коэффициент связи k определяют для каждого образца из уравнения (8) и по данным этих определений оценивают его величину, характерную для пород из всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи. Такой величиной коэффициента связи, характерной для пород всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи, может быть выбрана, например, средняя величина коэффициента связи для пород всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи.

После этого по данным о непрерывном распределении измеренных значений компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов (Фиг. 1), измеренной теплопроводности минеральной матрицы пород, установленном коэффициенте связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общем содержании органического вещества пород определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов при помощи соотношения, следующего из уравнения (8):

, (9)

где λ_изм – измеренная компонента теплопроводности вдоль напластования пород, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, k – коэффициент связи, характерный для пород всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи, С_орг – общее содержание органического вещества.

Поскольку определение распределения общего содержания органического вещества вдоль образцов керна проводится с использованием данных, зарегистрированных на непрерывном профиле теплопроводности, пространственное разрешение при регистрации вариаций общего содержания органического вещества вдоль образцов керна может, как и для регистрации вариаций теплопроводности, составить от 0,2 мм и более.

При втором варианте предлагаемого способа определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов с пространственным разрешением регистрации вдоль скважины не менее, чем размер проб, отбираемых для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза (Фиг. 1). Такие измерения теплопроводности пород могут быть осуществлены при помощи метода оптического сканирования. Затем по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят отбор коллекции проб из части образцов керна полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза. Отбор коллекции проб проводят таким образом, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины. После этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза. Далее определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов. По результатам определений общего содержания органического вещества образцов отобранной коллекции проб и данным о компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород на участках керна или его малогабаритных дубликатов, полученным по непрерывному распределению компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для участков отбора проб, проводят анализ корреляционной связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород образцов отобранной коллекции проб и общим содержанием органического вещества с целью установления такого уравнения связи между компонентой теплопроводности вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества, которое позволяет одновременно установить теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества. В качестве такого уравнения связи может быть выбрано, например, уравнение экспоненциальной зависимости:

λ_изм = A·e^-k·С_орг (10)

где λ_изм - компонента теплопроводности вдоль напластования пород, А – коэффициент, k – коэффициент связи, С_орг – общее содержание органического вещества.

Уравнение (10) позволяет определить коэффициент связи k. Уравнение (10) позволяет одновременно с определением параметра связи k определить теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи по величине коэффициента А, так как условие С_орг=0 соответствует отсутствию органического вещества в породе и, следовательно, в таком случае данный элемент породы представляет собой минеральную матрицу пород сланцевой толщи, обогащенной углеводородами. Следовательно, при С_орг=0 из уравнения (10) определяем теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи как

λ_матр = А, (10)

где λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, А – коэффициент в уравнении (10).

Таким образом, при помощи установленного уравнения связи (10) между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб устанавливают теплопроводность минеральной матрицы для образцов отобранной коллекции проб и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества. После этого по данным о непрерывном распределении измеренных значений компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов (Фиг. 1), установленным данным о теплопроводности минеральной матрицы пород и коэффициенте связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород, установленным из уравнения (10), определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов по уравнению (11), следующему из формулы (10)

(11)

где λ_изм - компонента теплопроводности вдоль напластования пород, λ_матр – теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, k – коэффициент связи, С_орг – общее содержание органического вещества.

В третьем варианте способа определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, что может быть сделано при помощи прибора оптического сканирования. Определяют также теплопроводность минеральной матрицы пород, что может быть осуществлено, например, путем измерений теплопроводности на приготавливаемых синтетических образцах, представляющих собой смесь частиц минеральной матрицы породы и вещества-заполнителя с известной теплопроводностью (см. [11]). Измерения теплопроводности частиц минеральной матрицы пород сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, включают в себя следующие операции:

- отбирают образцы пород на участках с отсутствием органического вещества,

- отобранные образцы дробят на мелкие частицы;

- подготовленную пробу частиц минеральной матрицы смешивают с веществом-заполнителем;

- смесь частиц минеральной матрицы и вещества заполнителя прессуют с приготовлением из нее синтетического твердого образца;

- производят высокоточные бесконтактные измерения эффективной теплопроводности синтетического твердого образца с использованием прибора оптического сканирования (см. [6]);

- далее проводят расчет теплопроводности частиц минеральной матрицы с применением теоретической модели эффективной теплопроводности двухфазных сред по результатам измерений и известным данным о тепловых свойствах материала-заполнителя так, как это описывается в [11].

Кроме этого, определяют плотность органического вещества и плотность минеральной матрицы пород. Для определения плотности органического вещества и плотности минеральной матрицы пород отбирают коллекцию проб, что может быть осуществлено, например, при помощи пикнометрического метода. Определяют также теплопроводность органического вещества пород, что может быть сделано путем измерений на твердых образцах органического вещества или на раздробленных частицах, как это осуществляется вышеописанным путем для определений теплопроводности минеральной матрицы на частицах минеральной матрицы. После этого по результатам определения непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, установленным значениям теплопроводности минеральной матрицы пород, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов при помощи соотношения

(12)

где ρ_матр – плотность минеральной матрицы, ρ_орг – плотность органического вещества, λ_орг – теплопроводность органического вещества, λ_матр – установленная теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, λ_изм – компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород, определенная по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов.

Соотношение (12) получают из следующих преобразований. Согласно работе [2] и формуле (2), эффективная теплопроводность неоднородной двухфазной среды в случае породы, состоящей из минеральной матрицы и органического вещества, определяется соотношением

(13)

где λ_эфф – теплопроводность двухфазной среды, т.е. в нашем случае породы, λ_орг - теплопроводность органического вещества, состоящей из минеральной матрицы и органического вещества, Φ_орг - объемная доля органического вещества в образце породы, λ_матр – теплопроводность минеральной матрицы породы сланцевой толщи, обогащенной углеводородами.

Объемная доля Φ_орг органического вещества в породе сланцевой толще, обогащенной углеводородами, определяемая как отношение объема органического вещества в образце породы к общему объему образца породы, связана с общим содержанием органического вещества, определяемым как отношение массы органического вещества в образце породы к общей массе образца породы, соотношением

, (14)

где ρ_орг и ρ_матр – плотность соответственно органического вещества и матрицы породы, С_орг - общее содержание органического вещества.

После подстановки Φ_орг из формулы (14) в формулу (13) и замены в формуле (13) λ_эфф на компоненту теплопроводности вдоль напластования пород λ_изм, измеряемую при теплофизическом профилировании керна, получают соотношение

(15)

Из соотношения (15) следует соотношение (12) для определения С_орг для определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами.

В первом, втором и третьем вариантах способа определения органического вещества в породах сланцевых толщ предложено определять теплопроводность минеральной матрицы пород путем определения теплопроводности участков образцов пород и участков сланцевой толщи, расположенных между участками расположения органического вещества (Фиг. 2, участок 1). Такой подход основан на том, что, несмотря на возможные вариации минерального состава минеральной матрицы пород сланцевых толщ, основные породообразующие минералы – кварц-халцедон, глинистые минералы, кальцит - имеют близкую теплопроводность от 2,7 Вт/(м·K) до 3,0 Вт/(м·K) (см. [5]). В связи с этим теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевых толщ имеет достаточно стабильное значение по сравнению с теплопроводностью органического вещества, которая много меньше (в 15…40 раз) теплопроводности минеральной матрицы и составляет, по данным работы (cм. [3]), 0,08-0,17 Вт/(м·K).

В первом, втором и третьем вариантах способа определения органического вещества в породах сланцевых толщ для повышения точности определения общего содержания органического вещества предложено выделять участки непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов с повышенными, по отношению к минеральной матрице пород сланцевой толщи, значениями теплопроводности, соответствующими присутствию высокотеплопроводных минералов пирит, кварц и доломит. Минералы пирит, кварц и доломит обычно локализованы в породах сланцевых толщ в виде небольших гнезд и включений и имеют значительно более высокие, чем остальные основные минералы пород сланцевых толщ, значения теплопроводности – соответственно 40,4 Вт/(м·K), 7,60 Вт/(м·K), 5,9 Вт/(м·K) (см. (см. [5]). Затем исключают из непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов выделенные участки с повышенными значениями компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород, соответствующими присутствию минералов пирит, кварц и доломит, и далее определяют теплопроводность минеральной матрицы пород по компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород на участках образцов пород и участков сланцевой толщи, расположенных между участками расположения органического вещества, при этом не принимают во внимание исключенные участки распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород с ее повышенными значениями, соответствующими присутствию минералов пирит, кварц и доломит (Фиг. 2, участки 2 и 3).

При использовании первого и второго вариантов способов определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ для повышения точности определения общего содержания органического вещества предложено дополнительно разделять сланцевую толщу вдоль скважины на области по различию для них теплопроводности пород минеральной матрицы сланцевой толщи, параметров связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общего содержания органического вещества. В число параметров связей между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества входят коэффициент связи и коэффициент корреляции при линейном виде уравнения регрессии (уравнение (6)) или коэффициент детерминации при нелинейном виде регрессии, например, при экспоненциальной зависимости между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества (уравнение (8)). В число параметров связей между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества входят также коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества и теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи. Для разделения сланцевой толщи вдоль скважины на области может быть использовано предварительное определение коэффициента корреляции или коэффициента детерминации, коэффициента связи и/или теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи для разных областей сланцевой толщи, выделенных по геологическим признакам, результатам геофизических исследований скважин или другим путем. Для этой цели может быть использовано также предварительное изучение изменений коэффициента корреляции при линейном виде уравнения регрессии или коэффициента детерминации при нелинейном виде регрессии и/или изменений теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи для разных областей сланцевой толщи вдоль скважины, выделяемых при помощи других приемов. После завершения разделения сланцевой толщи вдоль скважины на области по различию для них параметров связей между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества проводят окончательное определение непрерывного распределения общего содержания органического вещества в пределах каждой выделенной области сланцевой толщи.

При использовании третьего варианта способа определения органического вещества в породах сланцевых толщ для повышения точности определения органического вещества предложено дополнительно разделять сланцевую толщу вдоль скважины на области по различию для них значений теплопроводности минеральной матрицы, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества пород. Для этой цели может быть использовано предварительное определение плотности органического вещества, и/или плотности минеральной матрицы пород, и/или теплопроводности органического вещества пород для разных областей сланцевой толщи, выделенных по геологическим признакам, результатам геофизических исследований скважин или другим путем. Разделение областей сланцевой толщи вдоль скважины может быть осуществлено также при помощи предварительного изучения вариаций теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи для разных областей сланцевой толщи вдоль скважины, выделяемых при помощи других приемов. После завершения разделения сланцевой толщи вдоль скважины на области по различию для них параметров корреляционных связей между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества проводят окончательное определение непрерывного распределения общего содержания органического вещества в пределах каждой выделенной области сланцевой толщи.

Для реализации первого и третьего вариантов способов определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, предложено дополнительно определять минеральный состав минеральной матрицы пород сланцевой толщи с оценкой объемной доли каждого из N выделенных породообразующих минералов. Затем по полученным данным о минеральном составе и известной из публикаций теплопроводности минералов (см. [5]) определяют теплопроводность минеральной матрицы по соотношению (см. [12] Schoen, J.H. Physical properties of rocks: a workbook. Handbook of petroleum exploration and production, vol. 8. Elsevier, 2011, 481 p.)

(16)

где Ф₁, Ф₂, …, Ф_N – объемная доля соответственно 1-го, 2-го, …, N-го минерала в составе породы, λ_мин1, λ_мин2,…, λ_минN – теплопроводность соответственно 1-го, 2-го, …, N-го минерала в составе породы.

При применении первого варианта способа определения общего содержания органического вещества образцы коллекции проб пород сланцевой толщи из образцов полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов отбирают таким образом, что обеспечивают их размеры достаточными для измерений плотности органического вещества, теплопроводности органического вещества и плотности минеральной матрицы пород. После этого на образцах отобранной коллекции проб или их фрагментах определяют плотность органического вещества, общее содержание органического вещества и плотность минеральной матрицы пород сланцевой толщи. При помощи непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород определяют также теплопроводность образцов отобранных проб. Далее по результатам определений на образцах отобранной коллекции проб плотности органического вещества, компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород, теплопроводности органического вещества и плотности минеральной матрицы пород определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевых толщ из соотношения, следующего из формулы (13) при замене в формуле (13) параметра λ_эфф на компоненту теплопроводности вдоль напластования пород λ_изм, измеряемую при регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород вдоль образцов керна или его малогабаритных дубликатов:

(17)

где λ_матр – теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, Ф_орг – объемная доля органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, λ_{орг –} теплопроводность органического вещества, λ_изм – компонента теплопроводности отобранной пробы вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов керна или их малогабаритных дубликатов вдоль интервала глубин сланцевой толщи, при этом объемная доля Ф_орг органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, определяется из соотношения

(18)

где ρ_матр – плотность минеральной матрицы, ρ_орг – плотность органического вещества, С_орг - общее содержание органического вещества образца керна или его малогабаритного дубликата полученное с помощью метода пиролиза.

Поскольку все перечисленные свойства пород сланцевой толщи не могут быть на современном уровне техники определены на одних и тех же образцах, перед отбором коллекции проб из образцов полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов выбирают такие размеры проб, которые позволят перед измерениями плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества и общего содержания органического вещества разделить отдельные образцы коллекции проб на несколько частей с размерами каждой части, достаточными для измерений плотности минеральной матрицы, или плотности органического вещества, или общего содержания органического вещества керна. Определения всех перечисленных свойств пород на фрагментах одних и тех же образцов проб позволяет повысить точность определения общего содержания органического вещества по данным о непрерывном распределении теплопроводности вдоль образцов керна или их малогабаритных дубликатов, так как практически исключает влияние неоднородности пород сланцевых толщ, которая является значительной согласно (см. [4]) и значительно искажает результаты определения общего содержания органического вещества по данным определения непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов керна или их малогабаритных дубликатов вдоль интервала глубин сланцевой толщи, если не проводить определение всех перечисленных свойств пород на фрагментах одних и тех же образцов проб. Определение всех перечисленных свойств пород на фрагментах одних и тех же образцов проб снижает влияние неоднородности пород сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, на точность определения теплопроводности минеральной матрицы по формулам (17) и (18), что позволяет повысить точность определения общего содержания органического вещества по формулам (7) или (9).

При применении третьего варианта способа определения общего содержания органического вещества дополнительно по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят отбор коллекции проб из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов. Отбор коллекции проб проводят таким образом, чтобы размеры проб были в дальнейшем достаточными для измерений теплопроводности органического вещества, плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества и определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза, если на современном техническом уровне оказывается невозможным проводить измерения на одном и том же образце пробы двух или более свойств пород из перечисленных теплопроводности органического вещества, плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества и общего содержания органического вещества. Далее на образцах отобранной коллекции проб определяют плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород, теплопроводность органического вещества пород, общее содержание органического вещества. После этого определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевых толщ из соотношения (17), используя при этом соотношение (18).

Технический результат при применении второго варианта способа определения общего содержания органического вещества в породах сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, может достигаться также за счет того, что теплопроводность органического вещества определяют путем измерений на частицах органического вещества, отобранных на участках расположения органического вещества в виде проб пород сланцевой толщи. Получение частиц органического вещества из образца породы сланцевой толщи возможно, например, по методикам, описанным в (см. [13] Saxby J.D. Chemical Geology. Isolation of kerogen in sediments by chemical methods. 1970, 6, 173-184) и в (см. [14] Forsman J.P., Hunt J.M. Geochimica et Cosmochimica Acta. Insoluble organic matter (kerogen) in sedimentary rocks. 1958, 15, 170-182), которые включают в себя следующие операции:

- образец породы сланцевой толщи дробят и истирают до порошкообразного состояния;

- проводят экстракцию полученной пробы органическими растворителями для удаления углеводородов;

- в зависимости от литологического типа породы подбирают реагенты для последовательного удаления минеральной матрицы из пробы породы сланцевой толщи;

- для удаления карбонатной составляющей пробу обрабатывают соляной кислотой (HCl);

- для удаления силикатов, кварца и глинистых минералов пробу обрабатывают плавиковой кислотой (HF);

- для удаления пирита пробу обрабатывают концентрированной соляной кислотой с присутствием порошка цинка;

Далее, на очищенных от минеральной матрицы частицах органического вещества пород сланцевой толщи измеряют теплопроводность по методике, описанной в (см. [11]), согласно которой:

- подготовленную проба частиц органического вещества смешивают с веществом-заполнителем и прессуют смесь с приготовлением синтетического твердого образца;

- производят высокоточные бесконтактные измерения эффективной теплопроводности твердого образца с использованием прибора оптического сканирования (см. [6]);

- далее проводят расчет теплопроводности частиц органического вещества с применением теоретической модели эффективной теплопроводности двухфазных сред по результатам измерений и данным о теплопроводности свойствах материала-заполнителя так, как это описывается в (см. [11]).

Технический результат в соответствии с третьим вариантом предложенного способа определения общего содержания органического вещества в сланцевых толщах, обогащенных углеводородом, может достигаться также за счет того, что предварительно по результатам регистрации непрерывного распределения теплопроводности пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины или его малогабаритных дубликатов проводят обоснованный отбор коллекции проб из образцов керна полноразмерного керна скважины или его малогабаритных дубликатов, основанный на анализе непрерывного распределения теплопроводности. После этого для отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества, что может быть осуществлено, например, при помощи метода пиролиза Rock-Eval. Дополнительно для отобранной коллекции проб проводят определения плотности и теплопроводности минеральной матрицы пород. После этого определяют теплопроводность органического вещества по соотношению

(19)

где – теплопроводность образа отобранной коллекции проб, определяемая по непрерывному распределению компоненты теплопроводности вдоль образцов керна или его малогабаритных дубликатов, – плотность минеральной матрицы образца отобранной коллекции проб, – плотность органического вещества (керогена) образца отобранной коллекции проб, – теплопроводность минеральной матрицы породы образца отобранной коллекции проб, – общее содержание органического вещества образца отобранной коллекции проб.

Формулу (19) получают из формулы (12) путем простых алгебраических преобразований.

Поскольку все перечисленные свойства пород сланцевой толщи – плотность минеральной матрицы, плотность органического вещества, теплопроводность минеральной матрицы породы, общее содержание органического вещества - не могут быть на современном уровне техники определены на одних и тех же образцах, перед отбором коллекции проб из образцов полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов выбирают такие размеры проб, которые позволят перед определениями плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества и общего содержания органического вещества разделить отдельные образцы коллекции проб на несколько частей с размерами частей, достаточными для определений плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества и общего содержания органического вещества керна. Определения всех перечисленных свойств пород на фрагментах каждого образца проб позволяет повысить точность определения общего содержания органического вещества по данным о непрерывном распределении теплопроводности вдоль образцов керна или их малогабаритных дубликатов, так как практически исключает искажающее влияние неоднородности пород сланцевых толщ.

Технический результат в рамках предлагаемых первого и второго вариантов способов определения общего содержания органического вещества может достигаться также за счет того, что определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества по результатам действий, проведенных ранее в рамках предлагаемых первого и второго способов определения общего содержания органического вещества для сланцевых толщ, аналогичных в геологическом отношении изучаемой сланцевой толще. Это осуществляют путем разделения возможных вариантов сланцевых толщ по их геологическим характеристикам, таким как минеральный состав, тип органического вещества, зрелость органического вещества, текстура и структура пород. После этого каждому выделенному типу сланцевой толщи ставят в соответствие значения теплопроводности минеральной матрицы и коэффициента связи между компонентой теплопроводности вдоль напластования и общим содержанием органического вещества пород по результатам определения общего содержания органического вещества для сланцевых толщ, ранее проведенного для данного типа сланцевых толщ в рамках предлагаемых первого и второго способов определения общего содержания органического вещества. После этого значения теплопроводности минеральной матрицы и коэффициента связи между теплопроводностью и общим содержанием органического вещества пород, определенные ранее для данного типа сланцевой толщи, подставляют в формулы (7) или (9) при применении первого варианта предлагаемого способа определения общего содержания органического вещества или в формулу (11) при применении второго варианта предлагаемого способа определения общего содержания органического вещества и определяют по этим формулам непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль скважин, пробуренных в данном типе сланцевой толщи.

Технический результат в рамках предлагаемого третьего варианта способа определения общего содержания органического вещества может достигаться также за счет того, что определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород и теплопроводность органического вещества пород по результатам действий, проведенных ранее в рамках предлагаемого третьего варианта способа определения общего содержания органического вещества для сланцевых толщ, аналогичных в геологическом отношении изучаемой сланцевой толще. Это осуществляют путем разделения возможных вариантов сланцевых толщ по их геологическим характеристикам, таким как минеральный состав, тип органического вещества, зрелость органического вещества, текстура и структура пород. После этого каждому выделенному типу сланцевой толщи ставят в соответствие значения теплопроводности минеральной матрицы, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества пород сланцевой толщи по результатам определения общего содержания органического вещества для сланцевых толщ, ранее проведенного для данного типа сланцевых толщ в рамках предлагаемого третьего способа определения общего содержания органического вещества. После этого значения теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества пород, определенные ранее для данного типа сланцевой толщи, подставляют в формулу (12) и определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества пород сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, вдоль скважины при применении третьего варианта предлагаемого способа определения общего содержания органического вещества для данного типа сланцевой толщи.

Технический результат в рамках предлагаемых первого, второго и третьего вариантов способов определения общего содержания органического вещества может достигаться также за счет того, что осуществляют корректировку непрерывного распределения общего содержания органического вещества, полученного по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования сланцевых толщ на керне или его малогабаритных дубликатах, при помощи результатов определения органического вещества при помощи метода пиролиза, выполненного на дополнительно отобранных пробах пород. Для этого используются пробы пород, используемые для определения общего содержания органического вещества в рамках решения различных научных и технических задач, и дополнительно отбираемые из образцов керна или его малогабаритных дубликатов в интервалах глубин, из которых не отбирались пробы пород в рамках применения первого, второго или третьего вариантов способов определения органического вещества пород сланцевых толщ, обогащенных углеводородами.

Технический результат в рамках предлагаемого третьего варианта способа определения общего содержания органического вещества может достигаться также за счет того, что определение теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи осуществляют таким образом, чтобы результат определения соответствовал компоненте теплопроводности минеральной матрицы пород в направлении напластования пород. Это достигается, например, при определении теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи путем анализа корреляционной связи между теплопроводностью образцов пород сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, и общим содержанием органического вещества этих образцов, определенным, например, при помощи метода пиролиза Rock-Eval, если для корреляционного анализа для всех отобранных образцов пород определяют и используют компоненту теплопроводности вдоль напластования пород. Определение компоненты теплопроводности вдоль напластования пород может быть осуществлено, например, методом оптического сканирования, который обеспечивает бесконтактные прецизионные измерения компонент теплопроводности как вдоль, так и поперек напластования на образцах с плоской или цилиндрической поверхностью с широким диапазоном линейных размеров образцов (от 10 мм до 500 мм) без какой-либо механической обработки образцов.

Технический результат в рамках предлагаемых первого и второго вариантов способов определения общего содержания органического вещества может достигаться также за счет того, что независимо для разных интервалов глубин сланцевой толщи проводят определения коэффициента связи и теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи. После этого разделяют сланцевую толщу на интервалы глубин с различной величиной коэффициента связи и/или с различной величиной теплопроводности минеральной матрицы. Далее окончательно определяют коэффициент связи и теплопроводность минеральной матрицы для каждого выделенного интервала глубин сланцевой толщи. После этого определяют общее содержание органического вещества для каждого выделенного интервала глубин по установленному соотношению, связывающему компоненту теплопроводности вдоль напластования пород и общее содержание органического вещества пород при значениях коэффициента связи и теплопроводности минеральной матрицы, окончательно установленных для каждого интервала глубин.

Пример реализации способа

Пример реализации первого варианта предлагаемого способа представляет собой следующее. Объектом исследований являются породы сланцевой толщи одного из месторождений углеводородов в отложениях баженовской свиты Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции на территории Российской Федерации. Для определения непрерывного распределения общего содержания органического вещества в породах сланцевой толщи исследуют 67 образцов полноразмерного керна, поднятого из вертикальной скважины, пробуренной на месторождении, в интервале глубин залегания сланцевой толщи ХХ30 – ХХ50 м (например, 2230-2250 м). Анализ керна показал, что плоскость напластования пород направлена горизонтально, т.е. перпендикулярно оси скважины и оси керна.

На всех 67 образцах полноразмерного керна прибором оптического сканирования (см. [6]) осуществляют регистрацию непрерывного распределения теплопроводности пород вдоль цилиндрической поверхности керна в направлении оси скважины. Согласно принципу действия прибора оптического сканирования, при измерениях оптическая головка прибора с закрепленными в ней концентрированным источником тепла (электролампа с фокусирующим отражателем) и инфракрасными датчиками температуры перемещается вдоль образцов керна, размещенных на платформе прибора оптического сканирования таким образом, что оси образцов керна направлены вдоль направления движения оптической головки, т.е. вдоль направления оптического сканирования. Физические основы метода оптического сканирования таковы, что в таком случае применения метода оптического сканирования регистрируется вдоль оси всего керна, размещаемого на платформе последовательно партиями по 5 образцов вдоль платформы, непрерывное распределение компоненты теплопроводности пород, соответствующей направлению вдоль напластования пород (см. [6]). Определение общего содержания органического вещества осуществляется при помощи пиролизатора HAWK, для чего требуется отбор коллекции проб в виде цилиндров диаметром 8 мм и длиной 7 мм, которые выбуривают с цилиндрической поверхности образцов полноразмерного керна в направлении, перпендикулярном оси керна.

Перед началом регистрации непрерывного распределения теплопроводности устанавливают скорость сканирования 4 мм/с, которая при постоянной времени регистратора температуры 0,2 с и расстоянии 45 мм между пятном оптического нагрева образцов и полем зрения инфракрасного радиометра, регистрирующего избыточную температуру нагрева поверхности образцов керна, обеспечивает пространственную разрешающую способность 1 мм при регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород. Поскольку установленное пространственное разрешение 1 мм при регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород в 8 раз меньше, чем линейный размер пробы, при помощи непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород обеспечивается определение компоненты теплопроводности вдоль напластования пород для каждого образца пробы из отбираемой коллекции, которые согласно предлагаемому техническому решению выбуриваются вдоль линии оптического сканирования.

При движении оптической головки вдоль платформы прибора оптического сканирования, на котором последовательно устанавливают серии образцов полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов, осуществляются непрерывные измерения компоненты теплопроводности, соответствующей направлению, перпендикулярному направлению оптического сканирования, т.е. соответствующей направлению вдоль напластования пород для керна, поднятого из вертикальной скважины. Полученный непрерывный профиль распределения теплопроводности в интервале глубин ХХ30 – ХХ50 м приведен на Фиг. 1.

По результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород проводят отбор коллекции проб, включающей 22 образца проб. Пробы отбирают из образцов полноразмерного керна так, чтобы обеспечить равномерный охват всего полученного диапазона вариаций теплопроводности 0,5-3,5 Вт/(м·K) (Фиг. 1). Точки отбора приведены на Фиг. 1.

Для образцов отобранной коллекции проб при помощи прибора HAWK (Wildcat Technologies), реализующего метод Rock-Eval, проводят определения общего содержания органического вещества. Результаты определения общего содержания органического вещества приведены ниже в Таблице 1.

После этого по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины (Фиг. 1) для участков отбора проб определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для всех образцов отобранной коллекции проб. Результаты определения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб приведены в Таблице 1.

Таблица 1 – Результаты определения общего содержания органического вещества C_орг при помощи метода пиролиза, значений компонент теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб и коэффициента связи для образцов отобранной коллекции проб.

Глубина, м C_орг, д.е. λ, Вт/(м·K) k ХХ30.23 0,005 2,78 4,38 ХХ30.82 0,124 1,54 4,76 ХХ31.94 0,034 2,45 3,72 ХХ33.03 0,103 1,69 4,83 ХХ33.95 0,02 2,59 3,54 ХХ34.18 0,224 1,09 4,18 ХХ35.04 0,119 1,70 4,13 ХХ35.91 0,174 1,22 4,73 ХХ36.81 0,083 1,99 4,03 ХХ37.96 0,167 1,26 4,74 ХХ38.98 0,197 1,21 4,22 ХХ39.26 0,066 1,95 5,37 ХХ40.15 0,167 1,38 4,19 ХХ43.45 0,125 1,53 4,78 ХХ44.69 0,025 2,49 4,41 ХХ45.62 0,086 1,82 4,93 ХХ46.32 0,075 1,91 5,00 ХХ47.20 0,073 1,94 4,93 ХХ47.97 0,068 2,19 3,51 ХХ48.56 0,265 0,81 4,65 ХХ49.11 0,021 2,60 2,91 ХХ49.26 0,079 1,95 4,49

Затем определяют значение теплопроводности минеральной матрицы пород в интервале ХХ30 – ХХ50 м. Значение теплопроводности минеральной матрицы пород определяют путем определения теплопроводности пород на участках образцов пород и участков сланцевой толщи, расположенных между участками расположения органического вещества, которые выделяются пониженными значениями теплопроводности (Фиг. 2, участок 1). По данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины (Фиг. 1) устанавливают, что вне участков с понижением теплопроводности, которые соответствуют присутствию низкотеплопроводного органического вещества, т.е. в интервалах глубин ХХ30,0…ХХ31,4 м, ХХ33,8…ХХ34,0 м и ХХ37,4…ХХ37,7 м, теплопроводность минеральной матрицы соответствует значению 2,78 Вт/(м·K), которое соответствует диапазону теплопроводности основных породообразующих минералов – кварц-халцедон, глинистые минералы, кальцит (2,7…3,0 Вт/(м·K)). Это дает основание тому, что значение 2,78 Вт/(м·K) принимают за теплопроводность минеральной матрицы, т.е. принимают λ_матр=2,78 Вт/(м·K). Для данного подхода для определения теплопроводности минеральной матрицы физический смысл измеряемой характеристики соответствует компоненте теплопроводности минеральной матрицы вдоль напластования пород сланцевой толщи.

Далее, принимают связь между компонентой теплопроводности вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества, соответствующей уравнению связи

λ_изм = λ_матр·e^-k·С_орг . (20)

Из уравнения (19) следует соотношение для определения коэффициента связи k по известным из Таблицы (1) данным о теплопроводности минеральной матрицы и общем содержании органического вещества для образцов коллекции отобранных проб пород:

k=(ln(λ_матр/λ_изм))/С_орг (21)

Используя установленное значение теплопроводности минеральной матрицы пород λ_матр=2,78 Вт/(м·K), а также результаты измерений компоненты теплопроводности вдоль напластования пород для образцов проб λ_изм и данные об общем содержании органического вещества С_орг для тех же образцов проб, приведенные в Таблице 1, из уравнения (21) определяют значения коэффициента связи k для каждого образца проб. Результаты определения коэффициента связи k для образцов проб приведены в Таблице 1. Далее оценивают значение коэффициента связи, характерное для всего изучаемого интервала глубин сланцевой толщи. За характерное значение коэффициента связи для изучаемого интервала глубин принимают среднее значение коэффициента связи, которое по данным Таблицы 1 составило k_сред=4,40. После этого при помощи соотношения

, (22)

следующего из соотношения (9), при установленных значениях λ_матр=2,78 Вт/(м·K) и k_сред=4,40 и по данным непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород λ_изм проводят определение непрерывного распределения общего содержания органического вещества пород сланцевой толщи вдоль всех образцов керна, поднятых при бурении сланцевой толщи из скважины.

Таким образом при помощи первого варианта предлагаемого способа получают непрерывное распределение общего содержания органического вещества пород сланцевой толщи вдоль всех 67 образцов керна, поднятых при бурении сланцевой толщи из скважины в интервале глубин ХХ30 – ХХ50 м, которое приведено на Фиг. 3.

Пример реализации второго варианта предлагаемого способа представляет собой следующее. Объектом исследований являются также породы сланцевой толщи одного из месторождений углеводородов в отложениях баженовской свиты Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции на территории Российской Федерации. Для определения непрерывного распределения общего содержания органического вещества в породах сланцевой толщи исследуют 67 образцов полноразмерного керна, поднятых из вертикальной скважины, пробуренной на месторождении, в интервале глубин сланцевой толщи ХХ30 – ХХ50 м. Плоскость напластования пород направлена горизонтально, т.е. перпендикулярно оси скважины и оси керна.

На всех 67 образцах полноразмерного керна прибором оптического сканирования (см. [6]) осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород, соответствующей направлению вдоль напластования пород, вдоль цилиндрической поверхности керна в направлении оси скважины. Полученный непрерывный профиль распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород в интервале глубин ХХ30 – ХХ50 м приведен на Фиг. 1.

По результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород с соблюдением требований, общих при реализации первого и второго вариантов предлагаемого способа и описанных выше при описании реализации первого варианта предлагаемого способа, проводят отбор коллекции проб, включающей 22 образца проб. Пробы отбирают из образцов полноразмерного керна так, чтобы обеспечить равномерный охват всего полученного диапазона вариаций теплопроводности 0,5-3,5 Вт/(м·K) (Фиг. 1). Точки отбора образцов проб приведены на Фиг. 1.

Для 22 образцов отобранной коллекции проб при помощи прибора HAWK (Wildcat Technologies), реализующего метод Rock-Eval, проводят определения общего содержания органического вещества. Результаты определения общего содержания органического вещества приведены ниже в Таблице 2.

После этого по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины (Фиг. 1) для участков отбора проб определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для всех образцов отобранной коллекции проб. Результаты определения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб приведены в Таблице 2.

Таблица 2 – Результаты определения общего содержания органического вещества C_орг при помощи метода пиролиза и значений компонент теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб.

Глубина, м C_орг, д.е. λ, Вт/(м·K) ХХ30.23 0.005 2,78 ХХ30.82 0.124 1,54 ХХ31.94 0.034 2,45 ХХ33.03 0.103 1,69 ХХ33.95 0.02 2,59 ХХ34.18 0.224 1,09 ХХ35.04 0.119 1,70 ХХ35.91 0.174 1,22 ХХ36.81 0.083 1,99 ХХ37.96 0.167 1,26 ХХ38.98 0.197 1,21 ХХ39.26 0.066 1,95 ХХ40.15 0.167 1,38 ХХ43.45 0.125 1,53 ХХ44.69 0.025 2,49 ХХ45.62 0.086 1,82 ХХ46.32 0.075 1,91 ХХ47.20 0.073 1,94 ХХ47.97 0.068 2,19 ХХ48.56 0.265 0,81 ХХ49.11 0.021 2,60 ХХ49.26 0.079 1,95

По результатам определений общего содержания органического вещества образцов отобранной коллекции проб и по данным о теплопроводности образцов отобранной коллекции проб, полученным для участков отбора проб по непрерывному распределению теплопроводности пород для образцов керна или его малогабаритных дубликатов, проводят анализ корреляционной связи между компонентой теплопроводности вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб (Фиг. 4). Для анализа выбирают экспоненциальный вид связи между измеренной компонентой теплопроводности вдоль напластования пород λ_изм и общим содержанием органического вещества С_орг для образцов отобранной коллекции проб и устанавливают следующее уравнение связи между измеренной компонентой теплопроводности вдоль напластования пород λ_изм и общим содержанием органического вещества С_орг (Фиг. 4):

λ_изм = 2,7915·e^-4,522·С_орг (23)

Уравнение (23) позволяет одновременно установить теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи λ_матр=2,7915 Вт/(м·K), соответствующее значению λ_изм при С_орг=0, и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества: k=4,522.

Далее при помощи установленного уравнения связи (23) между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении измеренных значений компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов (Фиг. 1), установленным данным о теплопроводности минеральной матрицы пород и коэффициенте связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород, установленным из уравнения (4), определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов по уравнению (24), соответствующему формуле (11) описания:

(24)

Таким образом при помощи второго варианта предлагаемого способа получают непрерывное распределение общего содержания органического вещества пород сланцевой толщи вдоль всех 67 образцов керна, поднятых при бурении сланцевой толщи из скважины в интервале глубин ХХ30 – ХХ50 м, которое приведено на Фиг. 5.

Пример реализации третьего варианта предлагаемого способа представляет собой следующее. Осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, что может быть сделано при помощи прибора оптического сканирования так, как это описано для примеров реализации первого и второго вариантов способа определения общего содержания органического вещества.

Далее на участках непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород между участками с понижением компоненты теплопроводности вдоль напластования пород, соответствующим областям расположения органического вещества, определяют теплопроводность минеральной матрицы пород, как это осуществлялось при применении первого варианта способа.

Далее по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для определений плотности минеральной матрицы пород из образцов керна отбирают пробы в виде 25 кубиков с ребром 15 мм на участках непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород между участками с понижением компоненты теплопроводности вдоль напластования пород. Так как участки, соответствующие областям расположения органического вещества, характеризуются понижением компоненты теплопроводности вдоль напластования пород, то области непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород между участками с понижением компоненты теплопроводности вдоль напластования пород соответствуют участкам минеральной матрицы пород. Таким образом, отобранные 25 кубиков с ребром 15 мм представляют собой образцы минеральной матрицы пород. Для каждой из 25 отобранных проб пикнометрическим методом определяют плотность минеральной матрицы.

На участках непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород с наименьшими значениями компоненты теплопроводности вдоль напластования пород, что соответствует областям с наибольшим содержанием органического вещества, из образцов керна отбирают 25 кубиков с ребром 20 мм для определений теплопроводности органического вещества. Теплопроводность органического вещества определяют путем измерений на частицах органического вещества, отобранных из каждой из 25 отобранных проб. Для этого из каждой пробы выделяют частицы органического вещества так, как описано в (см. [12]) и в (см. [3]). Для получения частиц органического вещества выполняют следующие операции:

- образец пробы дробят и истирают до порошкообразного состояния;

- проводят экстракцию полученной пробы органическими растворителями для удаления углеводородов;

- при помощи реагентов удаляют минеральную матрицу из пробы;

- далее для удаления карбонатной составляющей пробу обрабатывают соляной кислотой (HCl);

- для удаления силикатов, кварца и глинистых минералов пробу обрабатывают плавиковой кислотой (HF);

- для удаления пирита пробу обрабатывают концентрированной соляной кислотой с присутствием порошка цинка.

Далее на очищенных от минеральной матрицы частицах органического вещества пород сланцевой толщи измеряют теплопроводность по методике, описанной в (см. [10]), согласно которой:

- подготовленную проба частиц органического вещества смешивают с веществом-заполнителем – специальным воском, и прессуют смесь с приготовлением синтетического твердого образца;

- производят высокоточные бесконтактные измерения эффективной теплопроводности синтетического твердого образца с использованием прибора оптического сканирования (см. [6]);

- далее проводят расчет теплопроводности частиц органического вещества с применением теоретической модели эффективной теплопроводности двухфазных сред по результатам измерений и данным о теплопроводности материала-заполнителя, воска (0,30 Вт/(м·K)), так, как это описывается в (см. [10]).

На участках непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород с наименьшими значениями компоненты теплопроводности вдоль напластования пород из образцов керна отбирают 25 кубиков с ребром 15 мм для определений плотности органического вещества. Плотность органического вещества, как и теплопроводность органического вещества, определяют путем измерений на частицах органического вещества, выделенных из проб так, как это описано выше для процедуры измерений теплопроводности органического вещества. Далее частицы органического вещества спрессовываются в таблетки, на которых и определяется плотность органического вещества.

Проведенные измерения дали следующие результаты: теплопроводность минеральной матрицы λ_матр=2,78 Вт/(м·K), теплопроводность органического вещества λ_орг=0,24 Вт/(м·K), плотность минеральной матрицы ρ_матр=2,60 г/см³, плотность органического вещества ρ_орг=1,14 г/см³.

Далее по полученным данным о теплопроводности минеральной матрицы, теплопроводности органического вещества, плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества и с использованием результатов регистрации непрерывного распределения вдоль образцов керна компоненты теплопроводности вдоль напластования пород осуществляют определение непрерывного распределения общего содержания органического вещества вдоль образцов керна при помощи соотношения

(25)

где ρ_матр – плотность минеральной матрицы, ρ_орг – плотность органического вещества, λ_орг – теплопроводность органического вещества, λ_матр – теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, λ_изм – компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи.

Таким образом при помощи третьего варианта предлагаемого способа получают непрерывное распределение общего содержания органического вещества пород сланцевой толщи вдоль всех 67 образцов керна, поднятых при бурении сланцевой толщи из скважины в интервале глубин ХХ30 – ХХ50 м, которое приведено на Фиг. 6.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Попов Е.Ю., Попов Ю.А., Спасенных М.Ю., Калмыков Г.А., Стенин В.П. Нефтяное хозяйство. Тепловые свойства пород баженовской свиты, №10, стр. 32-37, 2015.

[2] Lichtenecker K., Rother K. Die Herkeitung des logarithmishen Mischungsgesetzes ans allgemeinen Prinsipien des stationaren Stroming//Phys.Zeit.,. № 32, Р 255–260, 1931.

[3] Барщевский М.М., Безмозгин Э.С., Шапиро Р.Н. Справочник по переработке горючих сланцев. – Ленинград: Государственно научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1963.

[4] Попов Ю.А., Попов Е.Ю., Чехонин Е.М., Габова А.В., Ромушкевич Р.А., Спасенных М.Ю., Заграновская Д.Е. Исследования баженовской свиты с применением непрерывного профилирования тепловых свойств на керне // Нефтяное хозяйство. № 3. С. 22-27, 2017.

[5] Попов Ю.А., Березин В.В., Соловьев Г.А., Ромушкевич Р.А. Коростелев В.М., Костюрин А.А. Теплопроводность минералов. Физика Земли. №3, 245-253, 1987.

[6] Popov Y., Beardsmore G., Clauser C., Roy S. Rock Mechanics and Rock Engineering. ISRM Suggested Methods for Determining Thermal Properties of Rocks from Laboratory Tests at Atmospheric Pressure, 49, 4179–4207, 2016.

[7] Попов Е.Ю., Ромушкевич Р.А., Попов Ю.А.. Измерения тепловых свойств пород на стандартных образцах как необходимый этап теплофизических исследований месторождений углеводородов. Геология и разведка. № 2. С. 56-70. 2017.

[8] Bordenave M.L., J. Espitalie, J. Leplat, J.L. Oudin, and M. Vandenbroucke, Screening techniques for source rock evaluation, in M.L. Bordenave, ed., Applied petroleum geochemistry: Paris, Editions Technip, p. 217-278, Rock-Eval, p. 237-255, 1993

[9] Лопатин Н.В, Емец Т.П., Пиролиз в нефтегазовой геохимии, Наука, Москва, 76 стр, 1987 г.

[10] Неручев С.Г., Справочник по геохимии нефти и газа. – Спб., Издательство «Недра», 576 с, 1998 г.

[11] Гончаров А.О., Попов Е.Ю., Чехонин Е.М., Острижный Д.А., Попов Ю.А., Стенин В.П. Новый метод изучения тепловых свойств пород путем измерений на шламе и частицах неконсолидированных пород. В сборнике тезисов научно-практической конференции по вопросам геологоразведки и разработки месторождений нефти и газа «Геомодель 2018». Геленджик, Россия, 10-14 сентября 2018 г.

[12] Schoen, J.H. Physical properties of rocks: a workbook. Handbook of petroleum exploration and production, vol. 8. Elsevier, 2011, 481 p.

[13] Saxby J.D. Chemical Geology. Isolation of kerogen in sediments by chemical methods. 1970, 6, 173-184.

[14] Forsman J.P., Hunt J.M. Geochimica et Cosmochimica Acta. Insoluble organic matter (kerogen) in sedimentary rocks. 1958, 15, 170-182.

Изобретение относится к области исследований свойств пород сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, а именно – исследований общего содержания органического вещества. Изобретение касается способа определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, в соответствии с которым: осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов; затем по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород проводят отбор коллекции проб вдоль линии регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов; перед проведением регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности устанавливают пространственное разрешение регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород таким, чтобы оно было не более, чем линейный размер образцов проб, отбираемых для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза, вдоль направления регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород; после этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза; далее определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород; затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи; затем устанавливают коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для пород сланцевой толщи; после этого определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов по установленному соотношению, связывающему значения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины или его малогабаритных дубликатов в интервале глубин сланцевой толщи, теплопроводности минеральной матрицы пород и коэффициенте связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород. Изобретение также относится к вариантам способов. Технический результат - повышение качества данных о непрерывном распределении общего содержания органического вещества вдоль скважины, пробуренной в сланцевой толще, обогащенной углеводородами. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 1 пр.

1. Способ определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, в соответствии с которым:

- осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов,

- затем по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, проводят отбор коллекции проб вдоль линии регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза таким образом, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины,

- перед проведением регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов устанавливают пространственное разрешение регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов таким, чтобы оно было не более, чем линейный размер образцов проб, отбираемых для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза, вдоль направления регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород,

- после этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза,

- далее определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или их малогабаритных дубликатов,

- затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи,

- затем по данным о компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород, полученным для образцов отобранной коллекции проб, а также по результатам определения общего содержания органического вещества для образцов отобранной коллекции проб при помощи метода пиролиза и полученным данным о теплопроводности минеральной матрицы пород устанавливают коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для пород сланцевой толщи,

- после этого по данным о непрерывном распределении измеренных значений компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, установленной теплопроводности минеральной матрицы пород и установленном коэффициенте связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов по установленному соотношению, связывающему значения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины или его малогабаритных дубликатов в интервале глубин сланцевой толщи, теплопроводность минеральной матрицы пород, коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общее содержание органического вещества пород.

2. Способ определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, в соответствии с которым:

- осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов с пространственным разрешением регистрации вдоль скважины не менее, чем размер проб, отбираемых для определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза,

- затем по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят отбор коллекции проб из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза таким образом, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины,

- после этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза,

- далее определяют компоненту теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов,

- затем проводят анализ корреляционной связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород образцов отобранной коллекции проб, определенной по данным о непрерывном распределении компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб, определенным при помощи метода пиролиза, и устанавливают уравнение связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб, позволяющее одновременно установить теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества,

- после этого при помощи установленного уравнения связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества для образцов отобранной коллекции проб устанавливают теплопроводность минеральной матрицы для образцов отобранной коллекции проб и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества,

- после этого по данным о непрерывном распределении измеренных значений компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, установленной теплопроводности минеральной матрицы пород и установленному коэффициенту связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов по установленному соотношению, связывающему значения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, теплопроводности минеральной матрицы пород и коэффициента связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества пород.

3. Способ определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами, в соответствии с которым:

- осуществляют регистрацию непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов,

- затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород, плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород, теплопроводность органического вещества пород,

- после этого по результатам определения непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов, установленным значениям теплопроводности минеральной матрицы пород, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов при помощи соотношения

где С_орг - общее содержание органического вещества, ρ_матр - плотность минеральной матрицы, ρ_орг - плотность органического вещества, λ_орг - теплопроводность органического вещества, λ_матр - установленная теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, λ_изм - компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов.

4. Способ по пп. 1-3, в соответствии с которым теплопроводность минеральной матрицы пород определяют путем определения теплопроводности участков образцов пород и участков сланцевой толщи, расположенных вне участков расположения органического вещества.

5. Способ по пп. 1-3, в соответствии с которым:

- выделяют участки непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов с повышенными, по отношению к минеральной матрице пород сланцевой толщи, значениями теплопроводности, соответствующими присутствию минералов пирит, кварц и доломит,

- затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород по компоненте теплопроводности пород вдоль напластования пород на участках образцов пород и участков сланцевой толщи, расположенных между участками расположения органического вещества, исключая из непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов выделенные участки с повышенными, по отношению к минеральной матрице пород сланцевой толщи, значениями компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород, соответствующими присутствию минералов пирит, кварц и доломит.

6. Способ по пп. 1 и 2, в соответствии с которым дополнительно разделяют сланцевую толщу вдоль скважины на области по различию для областей сланцевой толщи теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициента связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества.

7. Способ по п. 3, в соответствии с которым дополнительно разделяют сланцевую толщу вдоль скважины на области по различию для областей сланцевой толщи значений теплопроводности минеральной матрицы, плотности органического вещества, плотности минеральной матрицы пород и теплопроводности органического вещества пород.

8. Способ по пп. 1 и 3, в соответствии с которым:

- определяют минеральный состав минеральной матрицы пород сланцевой толщи,

- затем по данным о минеральном составе и теплопроводности минералов определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи по соотношению

где Ф₁, Ф₂, …, Ф_N - объемная доля соответственно 1-го, 2-го, N-го минерала в составе породы, λ_мин1, λ_мин2, …, λ_минN - теплопроводность соответственно 1-го, 2-го, N-го минерала в составе породы.

9. Способ по п. 1, в соответствии с которым образцы коллекции проб пород сланцевой толщи из образцов полноразмерного керна или его малогабаритных дубликатов отбирают таким образом, что обеспечивают их размеры достаточными для измерений плотности органического вещества, теплопроводности органического вещества и плотности минеральной матрицы пород, после этого на образцах отобранной коллекции проб определяют плотность органического вещества, теплопроводность органического вещества и плотность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, а также при помощи непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов определяют теплопроводность образцов отобранных проб, после чего определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевых толщ для отобранных проб из соотношения

где λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, для отобранных проб, Ф_орг - объемная доля органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, для отобранных проб, λ_орг - теплопроводность органического вещества, для отобранных проб, λ_изм - компонента теплопроводности отобранных проб вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов керна или их малогабаритных дубликатов вдоль интервала глубин сланцевой толщи,

при этом объемную долю органического вещества в породе сланцевой толщи (Ф_орг), обогащенной углеводородами, для отобранных проб, определяют из соотношения

где ρ_матр - плотность минеральной матрицы, для отобранных проб, ρ_орг - плотность органического вещества, для отобранных проб, С_орг - общее содержание органического вещества в образце керна, полученная для отобранных проб при помощи метода пиролиза или его малогабаритном дубликате, полученное при помощи метода пиролиза.

10. Способ по п. 3, в соответствии с которым

- по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят отбор коллекции проб из части образцов полноразмерного керна скважины или из части его малогабаритных дубликатов таким образом, что обеспечивают размеры проб достаточными для измерений теплопроводности органического вещества, плотности минеральной матрицы, плотности органического вещества, определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза,

- далее на образцах отобранной коллекции проб определяют плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород, теплопроводность органического вещества пород, общее содержание органического вещества,

- затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевых толщ, для отобранных проб из соотношения

где λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, для отобранных проб, Ф_орг - объемная доля органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, для отобранных проб, λ_орг - теплопроводность органического вещества, для отобранных проб, λ_изм - компонента теплопроводности отобранных проб вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов керна или их малогабаритных дубликатов вдоль интервала глубин сланцевой толщи,

при этом объемную долю Ф_орг органического вещества в породе сланцевой толщи, обогащенной углеводородами, для отобранных проб, определяют из соотношения

где ρ_матр - плотность минеральной матрицы, определенная для образцов проб отобранной коллекции проб, ρ_орг - плотность органического вещества, определенная для образцов проб отобранной коллекции проб, С_орг - общее содержание органического вещества, определенная для образцов проб отобранной коллекции проб, полученное при помощи метода пиролиза.

11. Способ по п. 2, в соответствии с которым теплопроводность органического вещества определяют путем измерений на частицах органического вещества, отобранных на участках расположения органического вещества в виде проб пород сланцевой толщи.

12. Способ по п. 3, в соответствии с которым:

- предварительно по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности пород вдоль напластования пород вдоль образцов полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов проводят обоснованный отбор коллекции проб из образцов керна полноразмерного керна скважины в интервале глубин сланцевой толщи или его малогабаритных дубликатов таким образом, чтобы компонента теплопроводности пород вдоль напластования пород для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины,

- после этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения плотности и общего содержания органического вещества, плотности и теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи,

- после этого определяют теплопроводность органического вещества по соотношению

где λ_орг - теплопроводность органического вещества, ρ_матр - плотность минеральной матрицы, определенная для образцов проб, ρ_орг - плотность органического вещества, определенная для образцов проб, С_орг - общее содержание органического вещества в пробе, полученное при помощи метода пиролиза, λ_изм - компонента теплопроводности пробы вдоль напластования пород по результатам регистрации непрерывного распределения компоненты теплопроводности вдоль напластования пород вдоль образцов керна или его малогабаритных дубликатов, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, определенная для образцов проб.

13. Способ по пп. 1 и 2, в соответствии с которым определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи и коэффициент связи между компонентой теплопроводности пород вдоль напластования пород и общим содержанием органического вещества по результатам действий, проведенных ранее по пп. 1 и 2 для сланцевых толщ, аналогичных в геологическом отношении изучаемой сланцевой толще.

14. Способ по п. 3, в соответствии с которым определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, плотность органического вещества, плотность минеральной матрицы пород и теплопроводность органического вещества пород по результатам действий, проведенных ранее по п. 3 для сланцевых толщ, аналогичных в геологическом отношении изучаемой сланцевой толще.

15. Способ по пп. 1-3, в соответствии с которым осуществляют корректировку непрерывного распределения общего содержания органического вещества, полученного по результатам определений теплопроводности пород сланцевых толщ на керне или его малогабаритных дубликатах, при помощи результатов определения органического вещества при помощи метода пиролиза, выполненного на пробах пород, дополнительно отобранных в интервалах глубин, из которых не отбирались пробы пород в рамках применения способа определения органического вещества по пп. 1-3.

16. Способ по пп. 1-3, в соответствии с которым определение теплопроводности минеральной матрицы пород сланцевой толщи осуществляют таким образом, чтобы результат определения соответствовал компоненте теплопроводности минеральной матрицы пород в направлении напластования пород.

17. Способ по пп. 1 и 2, в соответствии с которым выделяют интервалы глубин сланцевой толщи с коэффициентом связи и/или теплопроводностью минеральной матрицы, отличающимися от коэффициента связи и/или теплопроводности минеральной матрицы для других интервалов глубин сланцевой толщи, далее окончательно определяют коэффициент связи и/или теплопроводность минеральной матрицы для каждого выделенного интервала глубин сланцевой толщи, после чего определяют общее содержание органического вещества для каждого выделенного интервала глубин по установленному соотношению, связывающему компоненту теплопроводности вдоль напластования пород и общее содержание органического вещества пород при значениях коэффициента связи и/или теплопроводности минеральной матрицы, окончательно установленных для каждого интервала глубин.