Наиболее полную информацию дает метод вдавливания ртути в образец при различных давлениях. Особенности структуры порового пространства, а именно: размеры поперечного сечения, извилистость и форма каналов, распределение их в поровом объеме, степень сообщаемости между собой – предопределяют фильтрационные свойства пористых сред.

Исследованиями, проведенными во ВНИГНИ, выявлено значительное расхождение между величинами проницаемости, теоретически рассчитанной по формуле Пурцелла при обработке ртутной порометрической кривой и экспериментально измеренной на образцах большого размера. Наибольшие отклонения отмечены для коллекторов порового типа с проницаемостью от 0,001 до 0,5 мкм² , при этом расчетная проницаемость значительно превышает экспериментальную.

Обработка большого числа порометрических кривых по формуле Пурцелла позволила получить кривую распределения фильтрующих пор, из которой видно, что для обеспечения экспериментально измеренной величины фильтрации через эти породы было бы достаточно незначительного числа пор крупного размера (рис. 1). Распределение всей совокупности пор по размерам показано на гистограммах; кумулятивная кривая позволяет оценить неоднородность структуры и средний радиус пор; на графике отражены диапазон фильтрующих пор и долевое участие их в фильтрации.

Сравнение величин теоретической и экспериментальной проницаемостей доказывает несостоятельность вывода о существенном вкладе самых крупных пор в фильтрацию (рис. 2). Полученное расхождение объясняется большей сложностью геометрии порового пространства карбонатных пород и неучетом степени связанности пор между собой.

С целью получения более достоверных значений теоретической проницаемости автором в 1986 г. был разработан новый методический прием математической обработки результатов ртутной порометрии, позволяющий учитывать извилистость и сообщаемость поровых каналов при расчете фильтрации. Как отмечалось, поровые каналы реальных сред существенно отличаются от модели Пурцелла. В пористых карбонатных средах поровые каналы различных радиусов сообщаются друг с другом и образуют сложную систему проводящих элементов. Фильтрационная способность системы трубок определяется "пропускной" способностью наименьшего по размерам элемента. Более крупные элементы в этой системе, составляя малую часть ее объема, не могут сформировать свою самостоятельно связанную и протяженную систему, т.е. оказываются не способны обеспечить фильтрацию.

На необходимость введения поправок за извилистость указывалось и ранее (Бурдайн Н.Т. и др., 1950; Амикс Дж. и др., 1962), но работ по достоверному учету этого параметра не было. В. Энгельгард (1964) отмечал, что для полного описания геометрической структуры перового пространства надо определить пористость, проницаемость, удельную поверхность твердого вещества, функцию распределения пор и извилистость.

где m - пористость, %; r доля объема капилляров, заполненных ртутью при давлении Pj; l - литологический коэффициент.

Для карбонатных пород значение l принято равным 0,071. Этот коэффициент соответствует более сложной, чем пучок прямолинейных капиллярных трубок, конфигурации порового пространства. Однако сложность геометрической структуры порового пространства литологическим коэффициентом полностью не учитывается. Система проводящих элементов образует "кластер", т.е. является связанной, если выполняется условие

nl³ > Р_с , (2)

где n - концентрация или число капиллярных трубок данного радиуса в единице объема (например, в 1 см³); l - длина капиллярной трубки, см; Р_с - некоторое число, которое называется пороговым значением. Пороговое значение Р_с зависит от пространственной организации проводящих элементов. При данных расчетах использовано пороговое значение 0,25, характеризующее расположение проводящих элементов в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Таким образом, граничное значение длины элементов l_с определяется из условия

nl_c³ = 0,25. (3)

С точки зрения связанности пор значение l_с характеризует относительно прямолинейный отрезок извилистого капилляра, на конце которого в результате перегиба происходит как бы переход к другому капилляру длиной lc.

Длина поровых капилляров в карбонатных породах превышает их диаметр в 2-6 раз, что было установлено автором данной статьи при использовании метода электронной микроскопии в режиме катодной люминесценции [2,3]. Для поровых каналов с радиусом 10-32 мкм длина не более 100 мкм; для крупных пор радиусом 40-50 мкм она составляет 100-150 мкм, реже до 300 мкм. Для ртутного поромера "Поромер-70Н" значения радиусов пор 50 мкм являются максимальными, поэтому для учета связанности поровых капилляров выбрано критическое значение l_с = 100 мкм.

Объем пор данного радиуса в единице объема (1 см³ )

Vi=m*m_i/100 <4>

где m - пористость, %; m_i - насыщенность или содержание пор, %, данного радиуса R_i, см.

Суммарная длина всех капиллярных трубок данного радиуса в 1 см³

n = L_i/l_c. (6)

Тогда согласно формулам (3)-(6) определим критические значения длины капилляров l_с при данной их концентрации, необходимые для образования "кластера" в объеме 1 см³

Для системы, состоящей из капиллярных трубок различных радиусов R_i при насыщенности m_i, используя выбранное значение 1_С= 100 мкм, с учетом формул (2), (7) получаем условие связанности:

Результаты расчетов по предложенным формулам свидетельствуют, что в сложных пористо-кавернозных средах поры крупного размера не образуют самостоятельно связанной системы, если в 1 см³ породы их суммарная длина составляет менее 2500 см. Например, связанность системы пор радиуса R₁ будет достигаться при включении в нее пор меньшего радиуса R₂, величина которых и определит значение фильтрации.

При расчете проницаемости необходимо принимать во внимание, что за счет крупных пор радиуса R₁ увеличивается число пор в системе, образованной более мелкими порами радиуса R₂.

Если L₁ и L₂ – суммарные длины пор соответственно радиусов R₁ и R₂, то увеличенное значение насыщенности (т₂^*), подставляемое в формулу Пурцелла (1), составит

Аналогично, если связанность достигается позднее, лишь при включении в систему пор радиуса R_a, значение насыщенности m_а рассчитывается по формуле

Применение указанного подхода к учету связанности пор при расчете проницаемости по данным ртутной порометрии позволило оценить истинный диапазон пор, обеспечивающих фильтрацию флюидов в этой системе, и определить величину среднего радиуса фильтрующих пор (рис. 3). Сопоставление значений теоретической проницаемости с учетом связанности с данными экспериментальных измерений на образцах большого размера выявило хорошую сходимость (рис. 4). Корреляционная зависимость между параметрами возросла, стала более тесной, что выразилось в оценке коэффициента корреляции (0,96). В случае установленного распределения поровых капиллярных трубок разных радиусов по длинам (при их предельной протяженности) условие связанности по аналогии с выводом формулы (8) можно записать в виде:

где l_Сi - предельная длина капиллярных трубок данного радиуса Ri. Новый методический подход к оценке фильтрационных свойств пористых сред наглядно демонстрирует необходимость учета связанности проводящих элементов порового пространства в единую систему. Количественными показателями особенностей геометрии порового пространства являются: средний радиус всей совокупности пор, отражающий неоднородность строения порового пространства; диапазон радиусов пор, развитых в породе и определяющих фильтрацию, долевое участие пор различного радиуса в фильтрации и средний радиус фильтрующих пор (таблица). Проведенная интерпретация порометрических кривых позволяет выделить две подсистемы в структуре порового пространства: емкостную и фильтрационную.

1. Багринцева К.И., Белозерова Г.Б. Особенности строения пустотного пространства карбонатных коллекторов палеозоя Прикаспийской впадины // Коллекторские свойства пород на больших глубинах. - М., 1985. - С.117-129.
2. Багринцева К.И., Бочко Р.А. Геометрия порового пространства карбонатных коллекторов месторождений Прикаспийской впадины // Эффективные методы прогноза нефтегазоносности природных резервуаров. - М.: ВНИГНИ, 1988. -С.43-63.
3. Бочко Р.А., Кузьмин В.А. Исследование морфологии пор и трещин пород-коллекторов с помощью электронной микроскопии // Особенности строения и формирования сложных коллекторов. - М.: ВНИГНИ, 1982. - Вып.239. - С.109-121.
4. Куц Т.Г., Шершуков И.В. Оценка проницаемости карбонатных пород по структуре порового пространства с учетом связанности пор // Автоматизация подсчета коэффициента извлечения нефти. - М.: ВНИГНИ, 1987. - С.103-110.
5. Шершуков И.В. Учет связанности проводящих каналов при обосновании фильтрационных свойств трещиноватых и пористых сред // Эффективные методы прогноза нефтегазоносности природных резервуаров. - М.: ВНИГНИ, 1988. - С.65-76.

Criterion to estimate resevoirs' type and classes is considered to be the pore space geometry controlling filtration properties of rocks and quantity of residual fluids. When processing mercury poromet-ric data, calculation of filterability in pore media is generally performed using Purtzell method based on the model with extensive rectilinear capillary tubes of variable section. However, pore media in carbonate rocks are distinguished by more complex structure and characterized by combination of long and short pore channels and to a great extent by their cross section's changeability, resulted in disturbance in real media of coherence for some part of pore channels having the most large sizes. The model of pore space structure proposed by the author more exactly complies with real pore media and represents a set of intersecting capillary tubes of variable section. The significant difference of proposed model as compared with the model used by Purtzell consists in the necessity to account the conductive elements coherence. For this purpose the sinuous capillaries of variable section should be regarded as a set of rectilinear segments connected with each other. The author inferred a set of formulas to calculate conditions of pore channels coherence based on the mercury poro-metry data. New methodical approach to evaluate filtration properties of pore media witnesses that account of conductive elements coherency into a single system within the pore space is of great importance. The quantitative indicators of the pore space geometry are the following: medium width of all the sum total of pores reflecting the porous space structure heterogeneity; a spectrum of pore widths developed in rock and controlling filtration, various pore width sharing in filtration and medium width of filtrating pores. The proper interpretation of porometric curves allows to distinguish two subsystems within the pore space structure, i.e. porosity and permeability.

Структурные характеристики карбонатных пород, полученные на различных моделях (нефтегазоконденсатное месторождение Жанажол, KT-I, скв.19)

а - образец 5885, скв. 7, интервал 4015-4021 м, известняк реликтово-оолитовый; К = 0,013 мкм²; К_т - 0,057 мкм²; m = 14,0 %; г = 1 мкм; r_ф = 20 мкм, где К, К_т - экспериментальная и теоретическая газопроницаемость; т - открытая пористость; r - средний радиус всей совокупности пор; гф - средний радиус фильтрующих пор;

б - образец 6128, скв. 44, интервал 4141-4148 м, известняк водорослевый; К - 0,051 мкм²; К_т - 0,120 мкм²; m = 15,6 %; r = 2; r_ф = 25;

а - образец 5885, К_т^с = 0,013 мкм , rф - 6,7 мкм, где К_т^с - теоретическая проницаемость с учетом связанности пор в систему, б - образец 6128; К_т^с - 0,058 мкм², rф = 12,5 мкм; остальные параметры см. на рис. 1; 1 - содержание пор данного размера, %; 2 - кривая долевого участия пор в фильтрации с учетом связанности пор; 3 - кумулятивная кривая; 4 - кривая долевого участия пор в фильтрации по Пурцеллу