Петрофизика

Петрофизика (от греческого πέτρα, петра , «камень» и φύσις, физик , «природа») — это изучение физических и химических свойств горных пород и их взаимодействия с жидкостями . ^[1]

Основное применение петрофизики — изучение резервуаров для углеводородной промышленности . Петрофизики работают вместе с инженерами-разработчиками и геологами, чтобы понять свойства пористой среды коллектора. В частности, как поры связаны между собой в недрах, контролируя накопление и миграцию углеводородов. ^[1] Определены некоторые фундаментальные петрофизические свойства: литология , пористость , водонасыщенность , проницаемость и капиллярное давление . ^[1]

Рабочий процесс петрофизиков измеряет и оценивает эти петрофизические свойства посредством интерпретации каротажных диаграмм (т.е. пластовых условий на месте) и анализа керна в лаборатории. Во время скважины перфорации различные каротажные инструменты используются для измерения петрофизических и минералогических свойств с помощью радиоактивных и сейсмических технологий в скважине. ^[2] Кроме того, из скважины отбирают пробки керна, образцы бокового керна или целые образцы керна. Эти исследования сочетаются с геологическими, геофизическими и инженерными исследованиями для моделирования резервуара и определения его экономической целесообразности.

Хотя большинство петрофизиков работают в углеводородной промышленности, некоторые также работают в горнодобывающей промышленности , водных ресурсах , геотермальной энергетике , а также в отраслях улавливания и хранения углерода . Петрофизика является частью наук о Земле , и ее исследования используются в нефтяной инженерии , геологии , геохимии , разведочной геофизике и других. ^[3]

Фундаментальные петрофизические свойства

Ниже приведены фундаментальные петрофизические свойства, используемые для характеристики коллектора:

Литология : описание физических характеристик породы, таких как размер зерен , состав и текстура . ^[4] Изучая литологию местных геологических обнажений и образцов керна , ученые-геологи могут использовать комбинацию каротажных измерений, таких как естественное гамма-излучение , нейтронное излучение , плотность и удельное сопротивление . ^[2] для определения литологии скважины.
Пористость : часть объема порового пространства, относящаяся к общему объему породы, обозначенная как $\phi$ . ^[5] Обычно он рассчитывается с использованием данных прибора, который измеряет реакцию горной породы на бомбардировку нейтронами или гамма-лучами , но также может быть получен с помощью акустического каротажа и ЯМР- каротажа. ^[2] Гелиевый порозиметр является основным методом измерения объема зерна и пористости в лаборатории. ^[6]
Водонасыщенность : доля порового пространства, занятая водой. ^[7] Обычно это рассчитывается с использованием данных прибора, измеряющего удельное сопротивление породы, и применения эмпирических или теоретических моделей водонасыщенности; наиболее используемой во всем мире является модель Арчи (1942). ^[8] Он известен под символом $S_{w}$ .
Проницаемость : количество жидкости (воды или углеводородов), которое может течь через породу в зависимости от времени и давления, в зависимости от того, насколько взаимосвязаны поры, и обозначается символом $k$ . ^[1] Тестирование пласта – единственный инструмент, который может напрямую измерить проницаемость горной породы в скважине. ^[9] В случае его отсутствия, что является обычным явлением в большинстве случаев, оценку проницаемости можно получить на основе эмпирических взаимосвязей с другими измерениями, такими как пористость , ЯМР и акустический каротаж. Закон Дарси ^[10] применяется в лаборатории для измерения проницаемости пробки керна инертным газом или жидкостью (т.е. которая не вступает в реакцию с породой). ^[6]
Толщина пласта (h) породы с достаточной проницаемостью для доставки флюидов в ствол скважины, это свойство часто называют « чистой породой-коллектором ». В нефтегазовой промышленности рассчитывается еще одна величина « чистой продуктивности », которая представляет собой толщину породы, которая может доставлять углеводороды в ствол скважины с прибыльной скоростью. ^[11]

Механические свойства горных пород

свойства породы Механические или геомеханические также используются в петрофизике для определения прочности резервуара , упругих свойств , твердости , ультразвукового поведения , индексных характеристик на месте и напряжений . ^[6]

Петрофизики используют акустические измерения и измерения плотности горных пород для расчета их механических свойств и прочности . Они измеряют скорость распространения волны сжатия (P) звука через породу и скорость волны сдвига (S) породы на сжатие и используют их вместе с плотностью породы для расчета прочности , то есть сжимающего напряжения, вызывающего разрушение породы. горных пород и гибкость , которая представляет собой взаимосвязь между напряжением и деформацией горной породы. ^[12] Анализ обращенных волн также определяет литологию и пористость недр. ^[13]

Геомеханические измерения полезны для оценки буримости, проектирования устойчивости ствола скважины и открытого ствола, корреляции прочности каротажа и напряжений, а также определения характеристик формации и прочности. ^[6] Эти измерения также используются при проектировании плотин, дорог, фундаментов зданий и многих других крупных строительных проектов. ^[14] Они также могут помочь интерпретировать сейсмические сигналы с Земли, как искусственные сейсмические сигналы, так и сигналы землетрясений. ^[15]

Методы петрофизического анализа

Основной анализ

Поскольку образцы керна являются единственным свидетельством структуры пласта пласта, анализ керна представляет собой «наземные» данные, полученные в лаборатории и позволяющие понять ключевые петрофизические особенности пласта на месте. В нефтяной промышленности образцы горных пород извлекаются из недр и измеряются в основных лабораториях нефтяных или сервисных компаний. Этот процесс трудоемкий и дорогостоящий; таким образом, его можно применять только к некоторым скважинам, пробуренным на месторождении. Кроме того, правильное проектирование, планирование и контроль уменьшают избыточность и неопределенность данных. Команды клиента и лаборатории должны работать согласованно, чтобы оптимизировать процесс анализа керна. ^[6]

Каротажные работы

Каротаж скважин — относительно недорогой метод получения петрофизических свойств скважины. Измерительные инструменты доставляются в скважину с использованием метода каротажа или каротажа . ^[2]

Пример каротажа показан на рисунке 1. Первая «дорожка» показывает естественный уровень гамма-излучения породы. «Журнал» уровня гамма-излучения показывает увеличение радиации справа и уменьшение радиации слева. Камни, излучающие меньше радиации, имеют более желтый оттенок. Детектор очень чувствителен, а количество излучения очень мало. В обломочных породах породы с меньшим количеством радиации с большей вероятностью будут более крупнозернистыми и будут иметь больше порового пространства, тогда как породы с более высоким количеством радиации с большей вероятностью будут иметь более мелкие зерна и меньшее поровое пространство. ^[16]

Вторая дорожка на графике записывает глубину ниже контрольной точки, обычно куста Келли или поворотного стола в футах, поэтому эти скальные образования находятся на глубине 11 900 футов ниже поверхности Земли.

В третьем треке представлено удельное электрическое сопротивление породы. Вода в этой скале соленая. Электролиты, текущие внутри порового пространства воды, проводят электричество, что приводит к снижению удельного сопротивления породы. Это также указывает на повышенную водонасыщенность и пониженную насыщенность углеводородами. ^[17]

Четвертый трек показывает вычисленную водонасыщенность, как «общую» воду (включая воду, связанную с породой) пурпурным цветом, так и «эффективную воду» или воду, которая свободно течет, черным цветом. Обе величины даны как доли от общего порового пространства.

Пятый трек показывает долю всей породы, которая представляет собой поровое пространство, заполненное флюидами (т.е. пористость). Отображение порового пространства разделено на зеленый для нефти и синий для подвижной воды. Черная линия показывает долю порового пространства, содержащую воду или нефть, которые могут перемещаться или «добываться» (т.е. эффективная пористость). Пурпурная линия указывает на торальную пористость, то есть она включает в себя воду, которая постоянно связана с породой.

Последний трек представляет собой литологию породы, разделенную на части песчаника и сланца. Желтый рисунок представляет собой фракцию породы (исключая флюиды), состоящую из более крупнозернистого песчаника. Серый рисунок представляет фракцию породы, состоящую из более мелкозернистых, то есть «сланцев». Песчаник – это часть породы, содержащая добываемые углеводороды и воду.

Моделирование

Модели пласта строятся при разработке месторождений в специализированном программном обеспечении с использованием набора петрофизических данных, разработанного петрофизиком для оценки количества углеводородов, присутствующих в пласте, скорости, с которой этот углеводород может быть доставлен на поверхность Земли через стволы скважин и потока жидкости в горных породах. . ^[3] Подобные модели в отрасли водных ресурсов подсчитывают, сколько воды можно вывести на поверхность в течение длительного периода времени, не истощая водоносный горизонт . ^[18]

Объемная модель горных пород глинистых песчаников.

Сланцевый песок — это термин, обозначающий смесь сланца или глины и песчаника. Таким образом, значительная часть глинистых минералов и алевритовых частиц приводит к образованию мелкозернистого песчаника с более высокой плотностью и сложностью породы. ^[19]

Объем сланца/глины является важным петрофизическим параметром для оценки, поскольку он влияет на общий объем породы, а для правильной пористости и водонасыщенности необходимо правильно определить оценку. Как показано на рисунке 2, для моделирования обломочных горных пород существуют четыре компонента, определения которых типичны для глинистых или глинистых песков: матрица породы (зерна), глинистая часть, окружающая зерна, вода и углеводороды. Эти две жидкости хранятся только в поровом пространстве матрицы породы.

Ввиду сложной микроструктуры для водосмачиваемой породы к обломочному коллектору относят следующие условия:

V _ma = объем зерен матрицы.

V _dcl = объем сухой глины.

V _cbw = объем связанной глиной воды.

V _cl = объем влажной глины ( V _dcl + V _cbw ).

V _cap = объем капиллярно-связанной воды.

V _fw = объем свободной воды.

V _гид = объем углеводорода.

Φ _T = Общая пористость (PHIT), которая включает соединенные и несоединенные поровые каналы.

Φ _e = эффективная пористость, которая включает только взаимосвязанные поровые каналы.

V _b = объем породы.

Ключевые уравнения:

V _ma + V _cl + V _fw + V _hyd = 1

Объем матрицы породы + объем влажной глины + объем без воды + объем углеводородов = общий объем породы ^[20]

Научные общества

Общество петрофизиков и аналитиков каротажа скважин (SPWLA) — это организация, миссией которой является повышение осведомленности о петрофизике, оценке пластов и передовых методах каротажа скважин в нефтегазовой отрасли и научном сообществе в целом. ^[21]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тиабб, Д. и Дональдсон, EC (2004). Петрофизика . Оксфорд: Эльзевир. п. 1. ISBN 0-7506-7711-2 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Серра, Оберто; Серра, Лоренцо (2004). Каротаж скважин: сбор данных и применение . Мери Корбон, Франция. ISBN 978-1-62198-787-1 . ОСЛК 860900113 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б Чен, Эндрю; Пэган, Рональд (1 июня 2013 г.). «Откройте для себя карьеру: петрофизика» . Путь вперед . 09 (2): 19–21. дои : 10.2118/0213-019-twa . Проверено 14 апреля 2023 г.
^ «Литология» . Глоссарий землетрясений . Геологическая служба США . Проверено 29 октября 2010 г.
^ «Пористость» . Шлюмберже Глоссарий нефтяных месторождений . Проверено 12 октября 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Колин Макфи; Жюль Рид; Изаскун Субисаррета, ред. (2015). Анализ ядра: руководство по передовой практике . Амстердам, Нидерланды. ISBN 978-0-444-63657-7 . OCLC 932016705 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ «Водонасыщенность» . Шлюмберже Глоссарий нефтяных месторождений . Проверено 12 октября 2018 г.
^ Арчи, гр. (декабрь 1942 г.). «Каротажные диаграммы электросопротивления как помощь в определении некоторых характеристик коллектора» . Транс . 01 : 54–62. дои : 10.2118/942054-G .
^ Эрдл, Джеймс К. (сентябрь 1984 г.). Текущая практика испытаний бурильных труб: проектирование, проведение и интерпретация . Ежегодная техническая конференция и выставка SPE, 16–18 сентября 1984 г., Хьюстон, Техас. дои : 10.2118/13182-MS .
^ Дарси, Х. (1856). Общественные фонтаны города Дижона . Пэрис: Далтон.
^ Уортингтон, Пол Ф. (октябрь 2010 г.). «Чистая заработная плата — что это такое? Что она делает? Как мы ее определяем количественно? Как мы ее используем?». SPE по оценке и проектированию резервуаров . 13 (5): 812–822. дои : 10.2118/123561-pa . ISSN 1094-6470 .
^ Джагер, JC; Кук, Невилл Г.В.; Циммерман, Роберт Уэйн (2007). Основы механики горных пород (4-е изд.). Молден, Массачусетс: Паб Blackwell. ISBN 978-1-4443-0891-4 . OCLC 430954955 .
^ Чопра, Сатиндер; Кастанья, Джон П. (2014). АВО . Общество геофизиков-разведчиков. дои : 10.1190/1.9781560803201 . ISBN 978-1-56080-319-5 .
^ Чен, ВФ; Лью, Дж. Я. Ричард, ред. (2002). Справочник по гражданскому строительству (2-е изд.). Бока: CRC Press. дои : 10.1201/9781420041217 . hdl : 10216/134011 . ISBN 9781420041217 .
^ Аткинсон, Джон (2007). Механика грунтов и фундаментов (2-е изд.). Лондон: CRC Press. дои : 10.1201/9781315273549 . ISBN 9781315273549 .
^ Пупон, А.; Клавьер, К.; Дюмануар, Ж.; Гаймар, Р.; Миск, А. (июль 1970 г.). «Каротажный анализ песчано-сланцевых толщ — систематический подход» . Журнал нефтяных технологий . 22 (7): 867–881. дои : 10.2118/2897-PA .
^ Браун, Джорджия (июнь 1986 г.). Математическое сравнение общих уравнений насыщения . SPWLA двадцать седьмой ежегодный симпозиум по лесозаготовкам. 1986-Т.
^ Перес-Мартин, Мигель А.; ЭСТРЕЛА, Теодоро; АНДРЕУ, Хоакин; Феррер, Хавьер (1 сентября 2014 г.). «Моделирование водных ресурсов и взаимодействия реки и водоносного горизонта в бассейне реки Хукар, Испания» . Управление водными ресурсами . 28 (12): 4337–4358. дои : 10.1007/s11269-014-0755-3 . ISSN 1573-1650 . S2CID 154772994 .
^ «шалый» . глоссарий.slb.com . Проверено 24 мая 2023 г.
^ Хук, Дж. Р. «Введение в пористость». Петрофизика . 44 (3): 205–212 – через OnePetro.
^ «СПВЛА» . www.spwla.org . Проверено 29 июля 2023 г.

Дальнейшее чтение

Геген, Ив; Палчаускас, Виктор (1994), Введение в физику горных пород , Princeton University Press, ISBN 978-0-691-03452-2
Мавко, Гэри ; Мукерджи, Тапан; Дворкин, Джек (2003), Справочник по физике горных пород , издательство Кембриджского университета, ISBN 978-0-521-54344-6
Сантамарина, Х. Карлос; Кляйн, Кэтрин А.; Фам, Мохеб А. (2001), Почвы и волны: поведение твердых частиц, характеристика и мониторинг процессов , John Wiley & Sons, Ltd., ISBN 978-0-471-49058-6
Тиаб, Джеббар; Дональдсон, Эрл К. (2012). Петрофизическая теория и практика измерения свойств пластовой породы и переноса флюидов (3-е изд.). Оксфорд: Профессиональный паб Gulf. ISBN 978-0-12-383848-3 .
Ракель, С.; БЕНИТЕС, Г.; МОЛИНА, Л.; Педроса, К. (2016). «Нейронные сети для определения пространственных изменений свойств горных пород в разреженных средах с инструментами» (PDF) . Бюллетень Мексиканского геологического общества . Том. 553 . Проверено 12 октября 2018 г.

Внешние ссылки

[Tiabb-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тиабб, Д. и Дональдсон, EC (2004). Петрофизика . Оксфорд: Эльзевир. п. 1. ISBN 0-7506-7711-2 .

[:0-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Серра, Оберто; Серра, Лоренцо (2004). Каротаж скважин: сбор данных и применение . Мери Корбон, Франция. ISBN 978-1-62198-787-1 . ОСЛК 860900113 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[:2-3] Jump up to: ^а ^б Чен, Эндрю; Пэган, Рональд (1 июня 2013 г.). «Откройте для себя карьеру: петрофизика» . Путь вперед . 09 (2): 19–21. дои : 10.2118/0213-019-twa . Проверено 14 апреля 2023 г.

[4] «Литология» . Глоссарий землетрясений . Геологическая служба США . Проверено 29 октября 2010 г.

[5] «Пористость» . Шлюмберже Глоссарий нефтяных месторождений . Проверено 12 октября 2018 г.

[:1-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Колин Макфи; Жюль Рид; Изаскун Субисаррета, ред. (2015). Анализ ядра: руководство по передовой практике . Амстердам, Нидерланды. ISBN 978-0-444-63657-7 . OCLC 932016705 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[7] «Водонасыщенность» . Шлюмберже Глоссарий нефтяных месторождений . Проверено 12 октября 2018 г.

[8] Арчи, гр. (декабрь 1942 г.). «Каротажные диаграммы электросопротивления как помощь в определении некоторых характеристик коллектора» . Транс . 01 : 54–62. дои : 10.2118/942054-G .

[9] Эрдл, Джеймс К. (сентябрь 1984 г.). Текущая практика испытаний бурильных труб: проектирование, проведение и интерпретация . Ежегодная техническая конференция и выставка SPE, 16–18 сентября 1984 г., Хьюстон, Техас. дои : 10.2118/13182-MS .

[10] Дарси, Х. (1856). Общественные фонтаны города Дижона . Пэрис: Далтон.

[11] Уортингтон, Пол Ф. (октябрь 2010 г.). «Чистая заработная плата — что это такое? Что она делает? Как мы ее определяем количественно? Как мы ее используем?». SPE по оценке и проектированию резервуаров . 13 (5): 812–822. дои : 10.2118/123561-pa . ISSN 1094-6470 .

[12] Джагер, JC; Кук, Невилл Г.В.; Циммерман, Роберт Уэйн (2007). Основы механики горных пород (4-е изд.). Молден, Массачусетс: Паб Blackwell. ISBN 978-1-4443-0891-4 . OCLC 430954955 .

[13] Чопра, Сатиндер; Кастанья, Джон П. (2014). АВО . Общество геофизиков-разведчиков. дои : 10.1190/1.9781560803201 . ISBN 978-1-56080-319-5 .

[14] Чен, ВФ; Лью, Дж. Я. Ричард, ред. (2002). Справочник по гражданскому строительству (2-е изд.). Бока: CRC Press. дои : 10.1201/9781420041217 . hdl : 10216/134011 . ISBN 9781420041217 .

[15] Аткинсон, Джон (2007). Механика грунтов и фундаментов (2-е изд.). Лондон: CRC Press. дои : 10.1201/9781315273549 . ISBN 9781315273549 .

[16] Пупон, А.; Клавьер, К.; Дюмануар, Ж.; Гаймар, Р.; Миск, А. (июль 1970 г.). «Каротажный анализ песчано-сланцевых толщ — систематический подход» . Журнал нефтяных технологий . 22 (7): 867–881. дои : 10.2118/2897-PA .

[17] Браун, Джорджия (июнь 1986 г.). Математическое сравнение общих уравнений насыщения . SPWLA двадцать седьмой ежегодный симпозиум по лесозаготовкам. 1986-Т.

[18] Перес-Мартин, Мигель А.; ЭСТРЕЛА, Теодоро; АНДРЕУ, Хоакин; Феррер, Хавьер (1 сентября 2014 г.). «Моделирование водных ресурсов и взаимодействия реки и водоносного горизонта в бассейне реки Хукар, Испания» . Управление водными ресурсами . 28 (12): 4337–4358. дои : 10.1007/s11269-014-0755-3 . ISSN 1573-1650 . S2CID 154772994 .

[19] «шалый» . глоссарий.slb.com . Проверено 24 мая 2023 г.

[20] Хук, Дж. Р. «Введение в пористость». Петрофизика . 44 (3): 205–212 – через OnePetro.

[21] «СПВЛА» . www.spwla.org . Проверено 29 июля 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]