В настоящее время для оценки характера насыщения перспективных интервалов разрезов скважин используется количественный метод интерпретации газового каротажа. Наиболее информативным показателем считается количество газа в промывочной жидкости, зависящее от объема выбуренной породы, коэффициента пористости, пластового давления, коэффициента оттеснения флюида из пласта фильтратом промывочной жидкости и др. Многие из этих факторов в процессе бурения неизвестны. Для выделения коллекторов, особенно в сложных геолого-технических условиях, целесообразно использовать информацию, менее подверженную влиянию искажающих факторов, в качестве которой может служить свободная составляющая газовой фазы шлама. Сложные взаимоотношения геохимических характеристик последнего с меняющимися термодинамическими условиями среды позволяют рассматривать в общем виде постановку и решение задачи по прогнозированию и оценке характера насыщения пласта коллектора в процессе бурения. Такая постановка соответствует рассмотрению многофакторной системы с несколькими степенями свободы, в которой изменению одного из параметров будет соответствовать модификация всей системы. Используя информационный подход к проблеме промыслово-геохимических исследований [1], рассмотрим газосодержание шлама как источник информации о скоплении УВ на земной поверхности. Очевидно, что подъем шлама сопровождается сменой термодинамических условий равновесия: температуры, давления, химического и фазового состава промывочной жидкости. Выравнивание равновесия реализуется массообменом и, в меньшей степени, энергообменом. Наибольший интерес при этом представляет массообмен в системе шлам – промывочная жидкость. Наиболее существенным в этом процессе является, насколько быстро флюид шлама приходит в равновесие в зависимости от изменяющихся параметров промывочной жидкости.

Однако оба крайних случая физически невозможны, и истинная картина имеет промежуточный характер, хотя на всех этапах подъема информации о насыщении, содержащейся в термодинамических параметрах шлама (I_ш), больше, чем в параметрах бурового раствора (I_пж). Чем выше скорость процессов массообмена в системе шлам – буровой раствор, тем меньше разность между этими величинами.

Как известно (В.Г. Левич, 1952 г.), массообмен происходит за счет градиентов давления (конвективный перенос, или фильтрация), химических потенциалов компонентов (молекулярный перенос, или диффузия), температуры (термодиффуэия). Так как конвективный перенос происходит на уровне макровещества, а диффузия и термодиффузия на молекулярном, то интенсивность массообмена в системе шлам – промывочная жидкость определяется в основном градиентом давления; диффузия играет подчиненную роль, а “вклад” термодиффузии вообще ничтожен. Относительная роль этих процессов при подъеме шлама в область все более низких давлений может меняться, однако качественная картина – доминирующая роль конвективного переноса – по-видимому, должна сохраняться. Последнее утверждение основано на том, что массообмен в системе шлам – промывочная жидкость под действием градиентов термодинамических потенциалов делится на две стадии: 1) движение в поровом объеме шлама, 2) перемещение в прилегающем объеме промывочной жидкости. Скорость процессов при одной и той же движущей силе определяется силами сопротивления среды, которые резко возрастают в пористой среде. Скорость движения жидкостей в пористой среде уменьшается на несколько порядков по сравнению со скоростями в объеме сплошной жидкости. По данным ВНИИЯГГ, скорость УВ-компонентов в осадочных породах примерно на порядок меньше, чем в воде при ламинарном режиме, а при турбулентном разница в скоростях диффузий на обеих стадиях еще больше.

Таким образом, скорость массообмена в системе шлам – промывочная жидкость определяется движением в объеме шлама. При этом изменение давления в промывочной жидкости достаточно велико. При скоростях подъема шлама от 1 до 4 м/с и плотностях промывочной жидкости от 1 до 2 г/см³ она составляет 0,1 – 0,8 МПа.

Эти два фактора позволяют предположить, что давление в поровом пространстве шлама (Р_ш) не успевает стабилизироваться за счет массообмена с внешним (Р_п.ж) и на всех участках подъема справедливо неравенство р_ш>р_{п ж}.

В описываемых опытах образцы шлама, приготовленные из керна с заранее известными значениями фильтрационно-емкостных параметров, помещали в металлическую бомбу и вакуумировали в течение 3 ч при остаточном вакууме 0,01 МПа. Далее в бомбу через штуцер подавали смесь УВ-газов, находящихся под давлением 0,25 МПа. Насыщение осуществлялось в течение суток, затем давление в бомбе уравнивалось, ее заполняли предварительно отвакуумированной дистиллированной водой для частичного вытеснения газа из открытых пор. После окончания насыщения шлама его делили на семь приблизительно равных частей. Время естественной дегазации газонасыщенных образцов шлама оценивалось на основе теории канала связи [2] в зависимости от глубины скважин, литологического состава и времени бурения фиксированного интервала. При этом численные значения шага дискретизации в условиях Саратовского Поволжья изменяются от 1 до 3 ч. Каждую пробу подвергали дегазации в условиях метода ТВД сразу же после ее извлечения из бомбы, а также после выдержки в течение 1, 2, 3 ч при контакте с атмосферой и в водной среде параллельно.

где С – текущее значение концентрации газа в шламе, %; t – время дегазации, с; b – коэффициент пропорциональности (константа скоростей дегазации); С_р – равновесная концентрация, %.

Поскольку значение С_р для УВ-газов¹ должно быть близким нулю, уравнение (1) принимает вид: С=С₀е^bt, где С₀ – концентрация газа в момент t=0. При этом концентрации УВ-газов убывают до нуля с увеличением времени естественной дегазации, а b является обобщенным показателем кинетики процесса.

Результаты лабораторных исследований, полученные при изучении процесса естественной дегазации шлама песчано-алевритовых пород-коллекторов с высокими. средними и низкими ФЕС, приведены в табл. 1, а значения констант скорости дегазации, определенные по результатам экспериментальных работ с использованием методов математической статистики,– в табл. 2.

Таким образом, при разбуривании пород-коллекторов интервал времени между отбором предыдущей и последующей проб не должен превышать 1–2 ч. Во избежание дополнительных потерь газовой фазы шлама рекомендуется заполнить контейнер для отбора шлама водой. По данным табл. 2 построена палетка (рис. 1) для оценки естественных потерь газа открытых пор шлама во времени.

Таким образом, при разбуривании пород-коллекторов интервал времени между отбором предыдущей и последующей проб не должен превышать 1–2 ч. Во избежание дополнительных потерь газовой фазы шлама рекомендуется заполнить контейнер для отбора шлама водой. По данным табл. 2 построена палетка (рис. 1) для оценки естественных потерь газа открытых пор шлама во времени.

Изложенные теоретические представления и экспериментальные данные дают необходимые предпосылки для прогнозирования коллекторов по результатам анализа газовой фазы шлама. Практически такой подход реализован на 13 объектах Нижневолжской НГО, два из которых являются продуктивными. Нами рассмотрены две модели: L=j(Q, C₁, C₂, C₃, C₄); L=j(C₁, C₂, C₃, С₄), где L – расстояние до пласта-коллектора, км; Q-количество газа, м³; C_i – состав газа, %.

Для каждого объекта по множеству точек было получено уравнение регрессии. Решение по поводу корректности той или иной модели принимается после проверки того, удовлетворительно ли та или иная модель описывает экспериментальные данные. Если отношение общей дисперсии S²_L к остаточной S²_ост больше соответствующего F-распределения, то модель считается правильной.

Анализ результатов статистической обработки показывает, что рассмотренные модели являются весьма корректными как для продуктивных, так и для водоносных пластов (табл. 3). Количество и состав газа (рис. 2) фиксируют подход к коллектору, при этом общее количество газа достигает своего, характерного для каждого объема, максимального значения как в продуктивных, так и в водоносных пластах, фиксируя прежде всего подход к пласту-коллектору, а не характер его насыщения. Компонентный же состав газа варьирует независимо от общего его количества. Построенные по каждой скважине регрессионные модели позволяют в каждой точке получать теоретические значения расстояний до коллектора (L_т). По мере приближения к коллектору эти значения стремятся к нулю (см. рис. 2, рис.3).

1. Воробьев В.Я., Головин Б.А. Системно-структурный подход к выделению продуктивных пластов по комплексу информативных параметров (на примере палеозойских отложений Саратовского Поволжья) // В кн.: Системный подход в геологии.–М.–1983.–С. 166–168.
2. Моисеенко А.С. Инфракрасные информационно-измерительные системы для геофизических исследований // Обзор. Сер. Автоматизация и телемеханизация в нефтяной промышленности.– М.– ВНИИОЭНГ.–1986.

The rate of mass transfer within the cuttings-washing fluid system is discussed. Changes in gas saturation of cutting depending on the time of the contact with various media, lithology and petrophysical properties of rocks have been investigated experimentally. On the basis of theoretical and experimental data, reservoir prediction technique has been developed using the results of the analysis of cuttings gas phase whose efficiency is demonstrated on the natural objects of the Lower Volga petroliferous province.

Таблица 1

Таблица 3

Рис. 1 Палетка для оценки полноты дегазации шлама b, мин ¹

1 – скв 1 Лебедевская, интервал 4230– 4265 м, 2 – скв 7 Западно-Ровенская, 4640– 4710 м, 3 – скв 2 Ключевская, 1890–2011 м, 4 – скв 44 Топовская, 2240–2340 м, 5 – скв. 4 Лиманская, 2980–3080 м, L_H – фактическое расстояние до коллектора, L_T – расстояние до коллектора, рассчитанное по модели, учитывающей количество и процентный состав газа в шламе

Рис. 3. Изменение количества (Q) и состава газа (С) в шламе по мере приближения к коллектору по продуктивным (I,II) и водоносным (III, IV) объектам.

Объекты: I – скв 1 Лебедевская (интервал 4230–4265 м), II – скв 18 Западно-Ровенская (интервал 4977–5040 м), III–скв 4 Лиманская (2980–3080 м), IV – скв 12 Западно Ровенская (4580–4640 м) Состав газа, % 1 – С₂, 2 – С₃, 3 – С₄