Способ с.м.вдовина исследования образцов горных пород Советский патент 1980 года по МПК E21B47/00 E21B47/14 G01V1/00 

(54) СПОСОБ ВДОВИНА ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

I

Изобретение относится к области геофизических исследований, а более конкретно к способам акустических исследований коллекторских свойств образцов горных пород.

Известен акустический способ исследования образцов горных пород (кернов) и их физических моделей, который позволяет измерять в образце горной породы (или физической модели) методом прозвучивания или профилирования такие параметры упругих волн, как скорости (время на фиксированном расстоянии) их распространения и затухания 1.

Далее по этим параметрам определяют коэффициент пористости, тип флюида, заполняющего поровое пространство породы и тип пористости.

Однако точность определения коллекторских свойств горных пород данными способами невелика. Причиной этого является то, что на скорость распространения и затухание упругой волны одновременно влияют такие характеристики горной породы, как литологический состав и его неоднородность, пористость и ее тип-гранулярный, д авернозный, трещиноватый, а также тип -порозаполнителя.

Основным недостатком способа является то, что он не позволяет измерить истинное время распространения и затухание упругой волны в твердой фазе (скелете) горной породы или ее физической модели. Это, в свою очередь, приводит к неоднозначности в определении всех геологических, коллекторских и нетрофизических характеристик образцов.

10 Известен также способ излучения упругих и поглощающих свойств горных пород, заключающийся в том, что образец горной породы, насыщенной флюидом, помещают в камеру высокого давления, излучают в не го с помощью направленного преобразовате ля импульс акустических колебаний под критическим углом образования упругой волны, методом профилирования, в нескольких точках, с помощью точечного ненаправленного гидрофона измеряют амплитуды и времена

20 (интервальное время Ati) распространения упругой волны по образцу горной породы, затем образец высущивают и повторяют измерения в тех же точках образца и при тех же условиях (температура, давление), принимают измеренное время за время распространения упругой волны по твердой фазе (скелету) горной породы, насыщают образец жидкостью с известной скоростью распространения упругой волны, например водой, и повторяют измерения, определяют коэффициент эффективной пористости горной породы Кп и время ) (интервальное время) распространения волны по флюиду, заполнявшем поровое пространство породы 2.

Определяют по величине этого времени тип флюида, например вода, нефть. Наличие в образце горной породы трещинной пористости определяют качественно по увеличенному затуханию поперечной волны по сравнению с затуханием продольной волны.

К недостаткам способа можно отнести то, что время распространения упругой волны в высушенном образце не является истинным временем ее распространения по твердой фазе, так как в породе имеются поры. Это время зависит от величины и типа (конфигурации) пористости, и поэтому, чем больше пористость породы, тем больше ошибка в определении Кп и тем больще неоднозначность в определении типа флюида по величине Aif. Для устранейия этого недостатка необходимо точно измерить время распространения упругой волны по твердой фазе образца (KjTO). Определение наличия в образце трещинной пористости по амплитудам и затуханиям продольной и поперечной волн также затруднего из-за сильного влияния на эти параметры угла падения волны на трещину.

Практически, определение типа пористости (гранулярный, кавернозный, трещинный) данным способом невозможно.

К недостаткам способа относится и то, что ончрезвычайно трудоемок и вследствие неоднозначности получаемых результатов требует дополнительного привлечения других способов исследования образцов горных пород, например определение пористости путем взвешивания сухого и насыщенного образца, анализ щлифов и т.д.

Цель изобретения - повышение точности измерения времени (интервального времени) распространения упругих волн по твердой фазе горной породы.

Поставленная цель достигается тем, что помещают образец горной породы, насыщенный флюидом, в инертную жидкость, например металлический расплав Вуда, с известной скоростью распространения упругой волны, измеряют критические углы образования продольной и поперечной волн, например вращения диаграммы, направленность остронаправленного приемного преобразователя, расположенного в жидкости, преобразования угла поворота диаграммы в электрический сигнал и измерения его величины в момент регистрации наибольщей амплитуды и определяют времена распространения продольной и поперечной упругих волн по

твердой фазе образца горной породы из выражения

Ьт Ьж Sin f к| ч

где t - время распространения упругой волны в инертной жидкости;

критические углы образования продольной и поперечной,волн. Физическая основа способа исследования образцов горных пород заключается в том,

0 что критический угол образования упругой волны, падающей из твердой среды на ее границу с жидкостью, не зависит от скорости волны по объему образца, который включает в себя как твердую фазу породы, так и поровое пространство, а определяется скоростью этой волны в бесконечно тонком слое породы на ее границе с жидкостью, т.е. в твердой фазе (скелете) горной породы. При падении упругой волны из жидкости с плотностью р1 и скоростью распространения волны Ci на твердую границу с плотностьюд и скоростью С а максимальный коэффициент образования упругой волны в твердой фазе наблюдается при ее возбуждении под критическим углом границе раздела фаз

Q« S,n| .

Известно, что величина критического угла fuj, образования упругой волны определяется отнощением скоростей ее распространения на границе раздела твердой и жид0кой фаз. Это позволяет, измерив величину угла образования волны и ее скорость в жидкой среде, определить скорость распространения упругой волны в бесконечно тонком слое твердой фазы независимо от количества и размеров структурных дефектов в объ1еме твердой среды.

Сущность предлагаемого способа исследования образцов горных пород заключается в следующем.

д Образец породы, например керн, насыщенный флюидом, помещают в камеру высокого давления в жидкость, которая не растворяет нефть, воду и содержащиеся в них соли (примером подобной инертной жидкости является металлический сплав Вуда при

5 температуре.выше 70°С). В условиях, близких к пластовым, с помощью остронаправленного акустического преобразователя, расположенного в жидкости, возбуждают в образце породы под соответствующими критическими углами продольную Р и поперечную S упругие волны, измеряют на фиксированных расстояниях их времена (интервальные времена, скорости) распространения t и tf в образце, измеряют критические углы образования продольной f ,S и поперечной волн, например путем вращения диаграммы направленности остронаправленного приемного акустического преобразования, расположенного в инертной жидкости, преобразования угла поворота диаграммы в электрический сигнал и измерения его величины в момент регистрации наибольшей амплитуды, определяют врёШ (интервальные времена, .скорости) распространения продольной t и поперечной t волн по твердой фазе (минеральному скелету) образца горной породы по выражениям ,-SmfJ; t t,-5mf,,fl) где,, -время распространения упругой волны в инертной жидкости. Высушивают образец горной породы, насыщают его жидкостью с известной скоростью (времени tuj) распространения упругой волны, например дистиллированной водой, при тех же условиях, близких к пластовым, измеряют время (интервальное время, скорость) распространения ta продольной волны по образцу, определяют коэффициент эффективной пористости породы по выражениюV - т 1 пгГ определяют время распространения упругой волны по флюиду, заполнявшему поровое пространство горной породы, по выражению, И сопоставляют его с временами (скоростями) распространения волны по нефти, пресной и минерилизованной воде и определяют тип флюида, заполняющего исследуемую горную породу, определяют величину структурного фактора m горной породы по выра у г -t)1tl-t ty-tit,-S., ( 1.-±;;. сравнивают ее с величинами структурного фактора, характерами для гранулярной и трещинной пористости твердой фазы и определяют тип пористости исследуемой горной породы. Применение предлагаемого способа для исследования образцов горных пород позволяет повысить точность и однозначность определения важНейщих коллекторских характеристик исследуемых пород, что, в свою очередь, повышает эффективность интерпретации результатов каротажа, а также позволяет сократить время и стоимость работ по исследованию нефтяных и газовых скважин. Формула изобретения Способ исследования образцов горных пород, включающий возбуждение и регистрацию упругих волн, определение времен распространения упругих волн по твердой фазе породы, высушивание образца, насыщение его жидкостью с известными свойствами и определение коллекторских характеристик горных пород, отличаюш,ийся тем, что, с целью повышения точности измерения времени распространения упругих волн по твердой фазе (минеральному скелету) горной породы, помещают образец, насыщенный флюидом, в инертную жидкость с известной скоростью распространения упругой волны, измеряют критические углы образования продольной и поперечной волн и определяют времена распространения продольной и поперечной упругих волн по твердой фазе образца горной породы из выражения с.- фР Ьт -ь от ТкЬ , где t;n-время распространения упругой волны в инертной жидкости; критические углы образования продольной и поперечной волн. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 254428, кл. Е 21 В 47/00, 1966. 2.Дзебань И. П. Аппаратура и методика для изучения упругих и поглощающих свойств горных пород «Физика земли, 1970, № 8 (прототип).