I. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЯДЕРНОФИЗИЧЕСКИХ И ПЛОТНОСТНЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И НАСЫЩАЮЩИХ ИХ ФЛЮИДОВ В РАЗРЕЗАХ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ

Показания нейтронных методов и данные скважинных гравиметрических наблюдений определяются соответственно нейтронными и плотностными характеристиками сред, окружающих скважинный прибор, и геометрией измерений. На знании нейтронных и плотностных характеристик горных пород основаны способы применения нейтронных методов и гравитационного каротажа, определение оптимальных условий измерений, установление связи показаний со свойствами изучаемых сред, количественная интерпретация.

Для выяснения основных закономерностей в изменении тепловых нейтронных свойств горных пород (времени жизни и коэффициента диффузии тепловых нейтронов), а также для правильного технико-методического применения импульсных нейтрон-нейтронных методов при литологическом расчленении разреза и определения характера насыщения коллекторов используются программы, реализующие на ЭВМ расчеты нейтронно-диффузионных характеристик минерального каркаса (скелета) горных пород по данным гранулометрического и минералогического состава, химического и спектрального анализов керна. Эти работы в свое время позволили определить оптимальные варианты расчетов нейтронно-диффузионных параметров скелета горных пород, показали, что значения времени жизни и коэффициента диффузии тепловых нейтронов, определенные расчетом по совокупности данных химического и спектрального анализов, в наибольшей степени соответствуют этим величинам, определенным по точечным замерам при импульсном нейтрон-нейтронном методе исследования скважин.

Значения времени жизни и коэффициента диффузии, рассчитанные по данным химического и спектрального анализов, могут быть применены для количественных расчетов тепловых нейтронных свойств горных пород.

Имеющиеся наиболее многочисленные анализы минералогического и гранулометрического состава пригодны для прослеживания только наиболее общих закономерностей в характере изменения тепловых нейтронных свойств и не должны применяться для количественных определений.

С помощью лабораторных анализов керна проверяются зависимости между содержанием глинистого материала и распределением минералов в гранулометрических фракциях. Результаты показывают, что калий содержится, в основном, в скелете породы как и наиболее низкоактивная составляющая - кварц и преобладающее количество минералов тяжелой фракции.

Отмечается сравнительно высокая естественная радиоактивность полимиктовых коллекторов. Как показал анализ, для коллекторов полимиктового состава вклад скелета в гамма-активность породы обычно превосходит вклад глинистого цемента. Этим объясняется практическое отсутствие связи между глинистостью и гамма-активностью рассматриваемых коллекторов. Искажающим фактором при оценке глинистости служит также общеизвестная изменчивость минералогического состава скелета и цемента проницаемых полиминеральных пород.

Содержание основных (без кварца) породообразующих минералов (полевые шпаты, слюды), а также минералов тяжелой фракции, определяющих уровень естественной радиоактивности породы, не подчиняется в Западно-Сибирской равнине каким-либо строгим закономерностям как в пределах отдельных литолого-стратиграфических подразделений, так и в целом по разрезу.

В результате изучения материалов спектрального количественного анализа установлено, что в распределении микроэлементов в породах различного литологического состава отсутствует какая-либо согласованность. Максимальные содержания отдельных микроэлементов могут быть приурочены к тому или иному типу пород вне всякой связи с литологией, гранулометрическим составом и глинистостью.

По данным лабораторных анализов отмечается, что радиоактивность пластовых вод, нефтей и газов по Западно-Сибирской равнине на один-два порядка ниже радиоактивности скелета породы и их вклад в общую радиоактивность пренебрежимо мал.

По составу глины Западно-Сибирской равнины являются полиминеральными. Основными минералами, составляющими глины, являются монтмориллонит, гидрослюда, их смешанно-слойные образования, каолинит, хлорит, иллит и другие. Так, естественная радиоактивность глин хлоритового состава может быть существенно ниже гамма-активности полимиктовых песчаников. Монтмориллонитовый и гидрослюдистый состав глин повышает их естественную радиоактивность. Во всех разведочных районах по разрезу отмечается пестрое чередование глин различного минералогического состава. Особенно непостоянны по минералогическому составу глинистые породы верхних частей разреза. Этим объясняются, в частности, отмечаемые в глинах верхнемелового возраста значительные изменения гамма-активности, практически перекрывающие весь диапазон изменения радиоактивности пород в разрезе.

По гамма-активности выделяется основной региональный репер-толща битуминозных глинистых отложений баженовской свиты на границе нижнемелового и юрского возраста. Естественная радиоактивность их достигает 20-80 мкР/ч, что значительно (до 5-20 раз) превышает уровень, соответствующий глинам.

Гамма-активность в условиях разрезов Западно-Сибирской равнины не зависит от характера насыщения пород, за исключением газонасыщенных коллекторов, где она отражает радиоактивность скелета и цемента пор. В газонасыщенных пластах регистрация гамма-квантов идет со сферы большего радиуса, чем в этих же пластах, но насыщенных жидкостями и гамма-активность их отражает радиоактивность скелета и цемента пор. При наличии проникновения в этих пластах гамма-активность искажена экранирующим влиянием проникшего фильтрата и начинает отражать коллекторские свойства пород (пористость, проницаемость). В водонасыщенных пластах гамма-активность наиболее тесно связана с коллекторскими свойствами пород. Поэтому лабораторные анализы естественной радиоактивности сухих образцов могут сравниваться с показаниями на диаграммах гамма-метода только в газонасыщенных интервалах при условии, что измерения гамма-активности проведены при отсутствии зоны проникновения фильтрата бурового раствора.

Тепловые нейтронные параметры горных пород определяются, в основном, химическим составом их каркаса (скелета) и свойствами флюидов, насыщающих пласт. В условиях разрезов Западно-Сибирской равнины при низкой минерализации пластовых вод и сложном минералогическом составе скелета существенное влияние на замеренные при импульсных нейтронных методах значения времени жизни тепловых нейтронов оказывает минеральный каркас.

На основании изучения нейтронно-диффузионных характеристик установлен широкий диапазон изменения тепловых нейтронных свойств скелета пород в зависимости от изменения соотношения основных породообразующих минералов и тяжелой фракции.

Отмечено, что в интервале палеогена и верхнего мела полиминеральные глины и полимиктовые песчано-алевритовые породы с высокими коллекторскими свойствами близки по водородосодержанию. Этим определяется их низкая контрастность при литологическом расчленении разреза по данным нейтронного каротажа (табл. 1).

В отложениях нижнего мела и юры диапазон изменения литолого-минералогического состава и водородосодержания пород расширяется. Коэффициент дифференциации гамма-метода достигает 1,5-2,5, нейтронно-диффузионных свойств - 1,7-2.5, что существенно повышает возможности нейтронного каротажа по литологическому расчленению этой части разреза.

Значительное водородосодержание трещиноватых битуминозных глин баженовской свиты на границе нижнемеловых и юрских отложений обусловливает слабую дифференциацию диаграмм нейтронного каротажа, хотя с их помощью могут быть прослежены некоторые особенности (зоны карбонатизации, углефикации, битуминизации и т.д.).

Минералы тяжелой фракции с аномальными нейтронными свойствами, содержание которых не превышает 0,5-1,0 % от общего веса, не оказывают существенного влияния на изменение времени жизни тепловых нейтронов в пласте. Поэтому значения времени жизни тепловых нейтронов контролируются глинистостью, соотношением основных породообразующих минералов и свойствами флюидов. Исключением являются битуминозные глины баженовской свиты, в которых повышено содержание элементов с аномальными нейтронными свойствами.

Показано влияние смены насыщающих флюидов на время жизни тепловых нейтронов для основных типов пород Западно-Сибирской равнины. Расчетные изменения времени жизни тепловых нейтронов в неглинистых песчаниках при смене в поровом пространстве воды газом достигают 20-55, нефти газом - 15-35, воды нефтью - 7-14 процентов. Для разделения газо-нефтеводонасыщенных пород могут эффективно использоваться стационарные нейтронные методы. Для разделения нефтеводонасыщенных пород необходимы импульсные нейтронные методы.

Нейтронно-диффузионные параметры минерального каркаса (скелета) горных пород Западно-Сибирской равнины