Неоднородность строения терригенных коллекторов и типы структуры их пустотного пространства (на примере верхней части тюменской свиты Урненского нефтяного месторождения Западной Сибири)

Глава 4. Применение компьютерной рентгеновской микротомографии (μКТ) для изучения строения, состава и свойств пород-коллекторов.

4.1 Основы μКТ. Начало активного применения компьютерной томографии связано с изобретениями американского физика Алана Кормака и английского инженера-физика Годри Хаунсфилда из компании EMI Ltd [Cormack, 1963, 1964; Hounsfield, 1973]. В 1979 году Кормак и Хаунсфилд были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине "за разработку компьютерной томографии".

Изучение образцов с помощью метода компьютерной рентгеновской микротомографии в рамках данной работы производилось с помощью микротомографа SkyScan-1172. Принцип работы системы основан на получение множественных рентгеновских теневых изображений объекта с различных углов, что обеспечивается вращением объекта на прецизионном предметном столике. Из теневых изображений реконструируются изображения в поперечном сечении объекта при помощи модифицированного алгоритма Фелдкампа [Feldkamp, 1984], посредством которого создается изображение внутренней микроструктуры и плотности по выбранной высоте в трансмиссионных изображениях. На получаемых рентгеновских сечениях образца более темному цвету соответствует меньшая рентгеновская плотность среды (черный цвет соответствует пустотам, как наименее плотным средам), а более светлому - большая.

4.2 Интерпретация компонентного состава пород-коллекторов по данным μКТ. В ходе проведения исследований была разработана методика сопоставления плотностных рентгеновских изображений с картами распределения элементов в лучах характеристического рентгеновского излучения [Корост, 2010], проводимого на микрозондовом комплексе на базе растрового (сканирующего) электронного микроскопа "Jeol JSM-6480LV" с комбинированной системой рентгеноспектрального микроанализа.

На основе результатов интерпретации карт распределения элементов и сопоставления их с данными μКТ, создавались объемные 3D модели породы, позволяющие проводить стереологический анализ строения горной породы и оценивать характер взаимоотношения ее отдельных компонент (рис. 2).

Рис. 2. Пример объемной модели карбонатизированного песчаника

4.3 Выделение структурных параметров, определяющих наличие остаточной воды. Помимо сканирования сухих образцов пород, когда поровое пространство занято воздухом, либо твердыми продуктами окисления нефти, производилась съемка образцов полностью или частично насыщенных моделью пластовой воды.

Разрешающая способность метода по плотности позволяет разделить поровое пространство на две составляющие: поры, заполненные водой, и поры, заполненные воздухом, т.е. пустые. Съемки производились в несколько стадий: съемка сухого образца, полностью насыщенного водой образца и характеризующегося наличием остаточной воды.

Для песчаников продуктивного пласта Ю₂ тюменской свиты было установлено, что основной объем остаточной воды (около 40-50%) связан в них с наличием порово-пленочного глинистого цемента. Относительно небольшая часть остаточной воды формируется за счет морфологии порового пространства: вода приурочена к узким капиллярам (до 10%), а также фиксируется в тупиковых каналах и углах пор (до 5-7%). Отдельно рассматривалась остаточная вода, связанная с вторичным поровым пространством, образованным за счет растворения и/или пелитизации полевых шпатов. Анализ результатов μКТ съемки показал, что до 30-40% остаточной воды, зафиксированной в межзерновом пространстве пород-коллекторов пласта Ю2 тюменской свиты, также связано с вторичным поровым пространством, образованным за счет выщелачивания зерен полевых шпатов и/или их пелитизации. Связанная вода практически полностью заполняет объем пор в реликтах и замещенных зернах полевых шпатов (рис. 3).

Рис. 3. Выделение вторичной пористости, образованной за счет выщелачивания зерен полевых шпатов методами (I) компьютерной микротомографии и (II) растровой электронной микроскопии. (III) Увеличенный фрагмент плотностного томографического сечения образца 24б, характеризующегося наличием остаточной воды: а) вода, связанная с пленочным глинистым цементом и обломочными зернами; б) вода, связанная с дисперсными глинистыми сростками, заполняющими межзерновое пространство; вода, удерживаемая в в) узких капиллярах, г)тупиковых каналах и д)углах пор

4.2 Возможности применения μКТ для изучения пород-коллекторов. Для проведения ?КТ исследований пород, представляющих разрез пласта Ю₂, вскрытого скважиной Урненская-47, были отобраны образцы, на которых уже были проведены капиллярометрические исследования.

Разрешение ?КТ срезов для образцов диаметром 30 мм оказалось достаточно для оценки структурно-морфологических признаков и получения дополнительной статистической информации на детальном уровне.

Также как и при классическом описании при μКТ исследованиях, было выделено постепенное упорядочивание текстур, уменьшение доли и толщины отдельных глинистых прослоев, увеличение числа крупных пор и высокопористых зон. Однако в случае, когда текстурные неоднородности не столь контрастны, благодаря стереологичности метода, строение породы можно изучить, основываясь на распределении отдельных зерен и кристаллов рентгеноконтрастных минералов. Такие минералы, имея высокую плотность, в любом потоке будут в первую очередь выпадать в осадок и тем самым маркировать собой направление седиментации и отдельные текстурные элементы. Аутигенные тяжелые минералы, такие как пирит, будут образовываться в рамках уже сформированной текстуры, ориентировано по ней, тем самым подчеркивая внутреннее строение породы.

С помощью метода μКТ были выделены отдельные следы биотурбации, значительно влияющие на коллекторские свойства отложений, характеризующихся значительной карбонатизацией пустотного пространства. Были отмечены отдельные линзы и участки, в пределах которых карбонатный цемент практически отсутствует. С помощью трехмерной визуализация таких участков удалось установить, что такие зоны связаны с результатами жизнедеятельности илоедов и представляют собой их погребенные ходы.

Применение метода μКТ открывает широкие возможности для изучения ихноофаций и сопоставления их со структурами, образующимися в современных осадках.

Описываемые подходы к выявлению внутреннего строения образцов может применяться не только для непосредственно седиментологического изучения пород, но и для контроля сплошности и целостности образцов.

Разрешение ?КТ срезов для образцов диаметром 10 мм достаточно для оценки строения пустотного пространства, изучения отдельных минеральных компонентов и получения дополнительной статистической информации.

Использование компьютерной микротомографии (исключительное или в составе комплекса исследований) будет эффективно: а) в качестве метода в комплексе петрофизических исследований для настройки ГИС; б) при петрофизическом изучении разрезов (отдельных горизонтов и целых скважин), охарактеризованных лишь образцами шлама, отдельными сколами, образцами, отобранными из стенок скважины или другими типами нестандартных образцов; в) при исследованиях структуры и свойств пород с несколькими типами пустотного пространства, особенностей взаимоотношений разных типов пористости, специфики фильтрации в таких породах, соотношений объемов пустот разного генезиса, их вкладов в интегральные значения петрофизических параметров; г) при изучении уникальных образцов или коллекций, когда дезинтеграция материала для получения петрофизического параметра стандартными методами недопустима; д) для контроля качества и представительности образцов; для оценки наличия скрытых дефектов или неоднородностей и определения пригодности образца для конкретного лабораторного эксперимента; в палеонтологических/стратиграфических работах, когда извлечение остатков фауны или флоры из образцов затруднено.