Отбор керна и профильные исследования,

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ

Отбор керна при бурении скважин – сложная, трудоемкая задача, особенно при бурении глубоких скважин. Но несмотря на большие финансовые затраты отбор керна производят, так как он позволяет получить максимально полную информацию о породах глубокозалегающих горизонтов (литологический состав, фильтрационно-емкостные свойства, характер насыщения и др.).

Нормы отбора керна скважин регламентируется в зависимости от категории скважины - опорная, параметрическая, структурная, поисковая, разведочная, эксплуатационная, специальная. В опорных скважинах производится сплошной отбор керна, начиная с опорного горизонта. В параметрических скважинах проводится отбор керна в размерах, обеспечивающих установление и уточнение стратиграфических границ. Проходка с отбором керна варьируется в зависимости от изученности разреза и глубины скважины. В поисковых скважинах керновый материал служит для характеристики литологии и стратиграфии разреза, уточнения структурных построений и предварительной оценки параметров пород-коллекторов. Керн в этих скважинах отбирается в объеме 20 % от глубины скважины. В разведочных скважинах, расположенных на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью, отбор керна в объеме не менее 6-8 % от общей глубины скважины производится в интервалах залегания продуктивных пластов. В эксплуатационных скважинах объем керна определяется требованиями представительности исходных данных при обосновании подсчетных параметров продуктивного пласта. В оценочных скважинах, бурящихся на вновь вводимых или длительно разрабатываемых месторождениях (залежах) с целью определения величины нефтенасыщенности и оценки остаточных запасов продуктивных пластов, должен производиться сплошной отбор керна по всей толще продуктивного пласта.

Регистрация и нумерация керна проводится в строгом соответствии с порядком извлечения его из колон­ковой трубы. Для укладки, транспортировки и хранения керна используются ящики длиной 1 м, шириной 0.6 м, высотой 0.1 м. В ящиках должны быть продольные перегородки, расстояние между которыми зависит от диаметра керна (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1. Ящики с керном.

Одной из основных составляющих геологической информации о разрезе, вскрытом скважиной, является литологическое описание кернового материала, поднимаемого в процессе бурения. Различают предварительное и окончательное описание. Предварительное макроскопическое описание керна выполняется на буровой непосредственно после извлечения керна из колонковой трубы представителем геологической службы с целью отнесения породы к тому или иному литотипу, установления степени макронеоднородности, текстурных особенностей, фикса­ции наличия или отсутствия пористости, каверн и трещин, визуальной оценки характера насыщенности и т. п. При выполнении макроописания керна пользуются лупой, соляной кислотой и каким-либо растворителем (бензином). Окончательное макроописание керна выполняют в центральном кернохранилище или лаборатории. При этом уточняется и дополняется полевое макроописание.

Изучению керна в центральном кернохранилище предшествует его обработка: сначала

	керн моется и выполняется проверка его укладки. Для этого керн может быть разложен на специальные роликовые столики (длиной 1 м) (рис. 3.2) для дальнейшего перемещения или оставаться в тех же ящиках, в которые был уложен на буровой. Раскладка на столиках должна соответствовать раскладке ящиков (одна ячейка в ящике = одна ячейка столика). Керн в ячейках раскладывается по порядку возрастания номеров со строгим сохранением последовательности отбора.
Рис. 3.2. Керн на роликовом столике.

Далее следуют профильные (продольные) исследования: фотографирование, гаммасканирование, продольная распиловки и отбор образцов на дальнейшие стандартные и углубленные исследования.

Каждый ящик (или столик) фотографируется в ультрафиолетовом (УФ) и дневном свете. Фотографирование производится при помощи специализированной фотолаборатории, в ПНИПУ и Центре исследования керна и пластовых флюидов (ЦИКиПФ) ООО «ПермНИПИнефть» - это комплексы «Фотокерн-люкс» (рис. 3.3). Фотография, сделанная при дневном свете, позволяет уточнить детали литологии пород (например, текстурные особенности, распределение и формы каверн, распределение включений, кальцитизацию и др.), характер насыщения их полостного пространства нефтяным флюидом. Фотоизображения, выполненные в УФ, дают ценную информацию о насыщенности

Рис. 3.3. Установка «Фотокерн-люкс».

пустотного пространства пород разреза углеводородами (УВ) и их типе - тяжелая нефть, легкая нефть, газ (рис. 3.4, 3.5).

Фото при дневном свете

Фото в ультрафиолетовом свете Бледно-желтое и зеленовато-желтое свечение – нефтенасыщенные песчаники

 

Рис. 3.4. Образец фотографий керна из визейских терригенных отложений при дневном и ультрафиолетовом свете. Насыщение нефтью проявляется на снимке в УФ светло-желтым свечением, плотные породы – не светятся (темно-синие).

 

Целью фотографирования керна в УФ является качественный и количественный люминесцентный анализ. Для интерпретации полученных фотоизображений используется подготовленная эталонная коллекция.

Гаммасканированиевсей колонки керна выполняется после его фотографирования. На этом этапе профильных исследований производится измерение естественной радиоактивности пород керна. Различные породы характеризуются различным содержанием радиоактивных радикалов (U, T, K и др.), что эффективно используется в геофизике для изучения разрезов скважин радиоактивными методами каротажа (ГК, НГК и др.). При сканировании естественной радиоактивности колонки поднятого керна получают кривые распределения радиоактивности пород в интервале разреза, пройденном с отбором керна (рис. 3.6).

 

Фото при дневном свете

Фото в ультрафиолетовом свете.Ярко-голубое и розоватое свечение – нефтенасыщенные по трещинам, кавернам и пористым участкам

 

Рис. 3.5. Образец фотографий керна из башкирских карбонатных отложений при дневном и ультрафиолетовом свете. Насыщение легкими углеводородами отчетливо проявляется на снимке в УФ ярко-голубым и розовым свечением.

Интегральная активность	Уран	Торий	Калий
Рис. 3.6. Результаты профильной гаммаспектрометрии керна из верейского горизонта (пласт В3) в разрезе скв. 108 Енапаевской площади, инт. 1115.0-1119.5 м.

Для профильного сканирования естественной радиоактивности керна используется гаммаспектрометр "Спутник-Гео" (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Гаммаспектрометр «Спутник-Гео» для профильной

гаммаспектрометрии керна.

Полученные кривые (суммарную кривую) необходимо сопоставить с кривой гамма-каротажа (ГК), снятой в разрезе скважины (рис. 3.8). В итоге, появляется возможность уточнить положение керна в разрезе продуктивного горизонта и проверить корректность его выемки и укладки.

Рис. 3.8.Сопоставление результатов профильной гаммаспектрометрии и радиокаротажа. Верейский горизонт, пласт В3. Керн необходимо поднять на 1 м.

 

При работе с продуктивными пластами небольшой толщины точность отбора керна имеет большое значение, т.к. позволяет избежать ошибки при интерпретации результатов петрофизических исследований, планировании мероприятий разработки и повышения нефтеотдачи.

Макроскопическое описание керна выполняется после продольного гаммасканирования и продольной распиловки. При описании необходимо пользоваться лупой, эталонной шкалой твердости, шаблонами для определения размеров зерен песчаных пород, соляной кислотой (объемная концентрация 1:10) для определения карбонатности и растворителями (бензин, хлороформ) для определения битуминозности.

Возможен следующий порядок макроскопического описания керна:

а) название породы (конгломерат, гравелит, песчаник, алевролит, аргиллит, глина, мергель, известняк, доломит, ангидрит и др.);

б) цвет породы (отмечается основной цвет, оттенки, изменение цвета по слою, приуроченность различного цвета к тем или другим литологическим типам пород или их особенностям):

в) вещественный состав породы (например: песчаник кварцевый, полимиктовый, полевошпатово-кварцевый и др.);

г) структура породы. Для обломочных пород дается общая характеристика: мелко-, средне-, крупно-, разнозернистая; характер отдельных структурных элементов - угловатость, окатанность, сортировка; изменение структурных особенностей по слою и др.).

д) текстура породы. Основным текстурным признаком осадочных пород является наличие слоистости. Слоистость классифицируется по толщине пропластков и характеру их контактов.

е) контакты между слоями. Этот признак очень важен для последующих фациальных и секвенстратиграфических реконструкций. Контакты бывают эрозионными и постепенными.

ж) трещиноватость. Важный признак, который должен быть тщательно описан на целом керне, еще не подвергнутом фрагментации на различные виды исследования. В описании необходимо ответить характер, густоту (в пересчете на один метр длины и на поперечное сечение), длину и выдержанность трещин в пределах керна, ширину, форму, строение стенок трещин, раскрытость и закрытость их (в мм), вещество, выполняющее трещины (нефть, твердый битум, кальцит, гипс и др.).

з) наличие видимых невооруженным глазом пор или пустот (каверн и полостей), их размеры, форма, обилие.

и) условия залегания слоя. Определение угла падения необходимо для тектонических построений и для определения истинной мощности отложений. Важно указать, залегает слой горизонтально или наклонно, в последнем случае определить при помощи транспортира угол падения относительно оси керна. При определении угла падения необходимо иметь в виду возможное искривление ствола скважины или его наклон, предусмотренный проектом. Для избегания ошибочного истолкования условий залегания перед выполнением макроописания желательно ознакомиться с фактическими данными по бурению изучаемой скважины.

Макроскопическое изучение керна является базой для всех дальнейших геологических обобщений и научных выводов. Только профессиональное изучение пород в их естественной слоевой последовательности дает объективное представление о разрезе в целом. Макроописание керна сопровождается систематическим отбором образцов для последующих лабораторных исследований.

После выполненных профильных исследований (фотографирования, гамма-сканирования и макроописания) и отбора образцов для дальнейших исследований керн укладывается на долговременное хранение на специальные стеллажи (рис. 3.9, 3.10).

Рис. 3. 9. Вилочный штабелер «4500 Samag» Италия, доставка, укладка и выемка керна из ячеек стеллажей.	Рис. 3. 10. Система стеллажей для хранения керна, фирма «Стелл» Россия.

 

Подготовка отобранных для дальнейших исследований образцов горных пород должна осуществляться в соответствии с требованиями ГОСТа 26450.0-85 «Породы горные. Общие требования к отбору и подготовке проб для определения коллекторских свойств». Стандарт распространяется на горные породы, насыщенные в природных условиях нефтью, газом или водой и устанавливает общие требования к отбору и подготовке образцов.

Изготовляются образцы правильной геометрической формы – цилиндрической и кубической. Образцы высверливаются (вырезаются) преимущественно из серединной части керна с исключением участков, на которых визуально фиксируются трещины. Предпочтительны образцы цилиндрической формы диаметром и длиной не менее 25 мм. Для их изготовления применяются вертикально-сверлильный станок (рис. 3.11) с алмазными коронками и отрезная пила (рис. 3.12).

Рис. 3.11. Вертикально-сверлильныйстанок.	Рис. 3.12. Радиальная отрезная пила RCSS-415.

 

Условным значком указывают ориентацию образца параллельно или перпендикулярно напластованию. Маркировку образца осуществляют черной тушью или быстросохнущей краской на очищенной поверхности (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Цилиндры и кубики.

Для определения свойств горных пород - пористости, абсолютной проницаемости, гранулометрического состава, карбонатности - необходимо иметь сухой минеральный скелет образца, лишенный каких-либо следов присутствия нефти и воды. Для этого образцы, содержащие углеводороды, очищаются от них путем экстракции. Удаление органического содержимого из пор породы лучше всего осуществляется экстрагированием образцов в аппарате Сокслета (рис. 3.14). В качестве растворителей используют спиртобензольную смесь в соотношении 1:2, толуол, четыреххлористый углерод, хлороформ и др.

Рис. 3.14. Аппараты Сокслета.

При высокой минерализации пластовой (связанной) воды, образцы, не содержащие водорастворимые и набухающие минералы, подвергают термической экстракции в аппарате Сокслета в присутствии дистиллированной воды.

Проэкстрагированные образцы высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре не более 102-105⁰С. Сушка образцов, содержащих более 20% глинистых и неустойчивых минералов, производится при температуре не более 80⁰С. Высушенные образцы хранятся в эксикаторе над прокаленным хлористым кальцием.

Образцы слабосцементированных, легко разрушающихся и кавернозных пород заделывают в специальные латексные манжеты, покрывают боковые поверхности эпоксидной шпатлевкой, устанавливают на торцах высокопористые пластины из спеченного стекла.