Способ определения параметра компонента в составе

1 Изобретение относится к способу определения параметра, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента,входящего в состав, содержащий множество компонентов. Изобретение представляет особый интерес для определения относительного объема какого-то компонента земного пласта, например, для определения содержания углеводородов в углеводородсодержащем земном пласте. Применявшиеся до настоящего времени способы определения такого содержания основаны, в основном, на эмпирических моделях. Один из таких известных способов описан в работе "Электропроводимость в нефтеносных сланцевых песках", Ватсмана М.Н. и Смитса Л.Дж.М., представленной на 42-ом ежегодном совещании в Хьюстоне 1-4 октября 1967 г. (материалы SPE 1863-А). В этой работе предложен способ определения параметра, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента,входящего в состав, содержащий множество компонентов. Способ заключается в том, что измеряют электропроводность данного состава и выбирают зависимость между проводимостью состава и проводимостью данного компонента. В указанном способе используется зависимость, обычно называемая моделью ВаксманаСмитса: Сo = Cw/F + BQv/F где Со - проводимость полностью насыщенной рассолом горной породы,Сw - проводимость рассола, присутствующего в пласте,F - пластовый фактор,В - эквивалентная проводимость обменных катионов натрия/глины как функция Сw,Qv - катионнообменная способность на единицу порового объема. Результаты, получаемые с помощью этого известного способа, не всегда достаточно точны, вероятно, из-за эмпирического характера модели Ваксмана-Смитса, которая определяет зависимость между проводимостью земли и разными другими параметрами. Настоящее изобретение решает задачу создания более точного способа определения параметра, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента в составе,содержащем множество компонентов. Предложенный способ заключается в том,что измеряют электропроводность состава, выбирают зависимость между электропроводностью состава и множеством параметров состава,включая физические параметры, характеризующие электропроводность и относительный объем каждого компонента состава, причем все компоненты представлены физическими параметрами в указанной зависимости, и определяют выбранный параметр из указанной зависимости и измеренной проводимости состава. 2 При этом следует понимать, что под электропроводностью подразумевается электропроводность как таковая или любая полученная на ее основе величина, например удельное электрическое сопротивление. Кроме того, признак изобретения, заключающийся в том, что все компоненты равно представлены в зависимости,означает, что каждый компонент представлен в данной зависимости по существу одинаково со всеми другими компонентами. Предложенный способ позволяет получить результаты, отличающиеся более высокой точностью. В выбранной зависимости точно учитываются вклады отдельных компонентов в проводимость состава. Применяемая в предложенном способе зависимость симметрична для всех компонентов, т.е. ни одному компоненту не отдается предпочтение перед другими. Кроме того, было обнаружено, что предлагаемый способ обеспечивает требуемую точность при любом пороге просачивания компонентов. При этом следует понимать, что степень просачивания компонента относится к степени постоянства компонента в составе. Например, исчезновение просачивания компонента означает, что данный компонент полностью рассеян в составе, а полное просачивание компонента свидетельствует о том, что компонент непрерывно рассредоточен по составу. Целесообразно, чтобы среди множества параметров состава был, по меньшей мере, один подгоночный параметр, причем каждый подгоночный параметр определяется с помощью применения указанной зависимости к набору данных, полученных путем измерения электропроводности, по меньшей мере, одного образца,характерного для указанного состава, для разных значений, по меньшей мере, одного из параметров. Предпочтительно, чтобы множество параметров включало в себя дополнительный параметр, зависящий от геометрической конфигурации компонентов в составе. Точное геометрическое представление с помощью указанного дополнительного компонента достигается в том случае, если выбранный дополнительный параметр является функцией множества переменных, каждая из которых зависит от проводимости одного из компонентов и коэффициента смешивания, при этом коэффициенты смешивания зависят от геометрической конфигурации компонентов в составе. Целесообразно, чтобы определение подгоночного параметра посредством применения указанной зависимости к набору данных для компонента выполнялось как итеративный процесс. Под итеративным процессом подразумевается многократное применение указанной зависимости по схеме минимизации. Схема минимизации предпочтительно применяется к некогерентности между измеренными электропроводностями компонентов и электропроводностями 3 компонентов, определенными из указанной зависимости. В дальнейшем принцип изобретения будет описан более подробно на конкретном примере его реализации и сравнительном примере. Пример. Рассмотрим изотропную систему, содержащую значительное количество сферических включений, в виде земного пласта, который состоит, в основном, из четырех компонентов: непроводящей пористой материнской горной породы,непроводящего углеводородного флюида, проводящей глины и проводящего рассола. Проводимость пласта зависит от относительной насыщенности рассолом порового пространства, и углеводородный флюид группируется с материнской горной породой, так как они оба непроводящие. Таким образом, углеводород и материнская горная порода вводятся в уравнение в виде суммы их относительных объемов. Эффективная проводимость эф этого земного пласта оценивается с помощью выражения где о - дополнительный параметр в виде тензора проводимости,k = 1N, N - количество компонентов в составе,эф - тензор проводимости образца,k - тензор проводимости компонента k,k - относительный объем компонента k,L - тензор деполяризации (тензор формы). Предпочтительно, чтобы тензор деполяризации был положительным и имел единичный след. В предпочтительном примере тензор деполяризации равен 1/3 единичного тензора. Член o означает дополнительный параметр, который можно рассматривать как дополнительную первичную среду, в которую добавляли компоненты, пока первичная среда не была полностью замещена компонентами, в результате чего с ней не связано никакого относительного объема. Наличие этой первичной среды позволяет модели быть симметричной для всех ее составляющих, т.е. ни одному из компонентов горной породе, глине или рассолу - не отдается предпочтение в модели. Зависимость o от разных параметров, которые предстоит определить,определяет характеристики просачивания в модели. Установка o = рассол дает известную среднюю Т-матричную аппроксимацию, которую называют также обобщенным уравнением Клаузиуса-Моссотти. Эта модель характеризуется заметной ассиметрией между компонентом рассола и другими компонентами, поскольку только рассол будет просачиваться, независимо от его относительного объема. Выбор непротиворечивой проводимости первичной среды, o = эф, приводит к известной апроксимации когерентного потенциала, которую называют также обобщенным уравнением Бругемана. Эта модель симметрична для всех компонентов, но ее 4 недостаток заключается в том, что требуются нереально высокие пороги просачивания для каждого компонента. В предпочтительном варианте дополнительный параметр o выбирают как где hk - тензор коэффициента смешивания, относящийся к компоненту k, причем этот тензор содержит коэффициенты смешивания, представляющие геометрическую информацию о пространственном распределении компонентов в пласте. Эти коэффициенты определяют связность, т.е. степень просачивания отдельных компонентов. Коэффициенты не имеют отрицательного знака и удовлетворяют следующее нормировочное условие: для k = 1, 2, 3. Данное нормировочное отношение гарантирует, что полученная эффективная проводимость эф удовлетворяет пределы ХашинШтрикмана, известные специалистам. Кроме того, компонент, имеющий стремящийся к нулю относительный объем, не может просачиваться, и поэтому соответствующий параметр связности должен быть равен нулюlim hk, = 0; для k = 0. Тензор коэффициента смешивания целесообразно выбрать как где k, n = 1N, N - количество компонентов,составляющее указанное множество компонентов,k - тензор скорости просачивания, относящийся к компоненту k,k - относительный объем компонента k,Vk - показатель просачивания, относящийся к компоненту k. Целесообразно, чтобы, по меньшей мере,один из параметров hk, k и V был подгоночным параметром. Для испытания изобретения были взяты данные, полученные на 27 образцах керна сланцевых песков, представленные в упомянутой выше публикации SPE. В этой работе даны кривые Со - Сw для образцов керна, начиная от почти чистого песка (Qv = 0,017 экв/л) до чрезвычайно сланцевого песка (Qv = 1,47 экв/л). Все образцы содержали каолинит, монтмориллонит и иллит отдельно или вместе. Характерные петрофизические данные для каждого образца приведены в прилагаемой таблице, в которойозначает пористость образца, k - проницаемость образца, a Qv - катионообменную способность на единицу порового объема образца. Проводимость каждого образца в полностью насыщенном рассолом состоянии измеряли для 8-10 соленостей рассола. Кроме того, на образцах производили измерение концентрационного мембранного потенциала. 5 Параметры этой модели выбирали следующим образом:(1) Рассол Относительный объем рассола, b определяют по пористости, количеству связанной с глиной воды и насыщенности водой Sw. Проводимость рассола b(=Сw) определяют по солености и температуре рассола. Два параметра просачивания, b и V, являются свободными параметрами.(2) Горная порода/углеводород Объем углеводородов, hc, определяют по общей пористости, количеству связанной с глиной воды и насыщенности углеводородом 1-Sw,а объем материнской горной породы, r, вычисляют, используя правило суммы и относительные объемы. Как порода, так и углеводород имеют стремящуюся к нулю проводимость. Параметры просачивания, r и hc, обоих компонентов приняты за единицу. Коэффициент смешивания, относящийся к породе/углеводороду,hr/hc, следует из условия(3) Глина Объем глины, с, и проводимость глины,с, являются свободно подобранными параметрами. Скорость просачивания, с, принята равной нулю, что соответствует не слоистым глинам. Было обнаружено, что дополнительный свободный параметр не дал существенного улучшения модели, подходящей для набора данных. Были произведены измерения Сo - Сw для чрезмерной засолености, а именно, солености в диапазоне 1-300 г/л. Относительный объем рассола колебался незначительно для всего диапазона солености для взятого образца. Поэтому параметр просачивания V в эксперименте был принят равным единице, в результате чего параметр просачивания hb принял постоянное значение, а количество свободных параметров уменьшилось до трех. Для каждого образца была выполнена подгонка к кривой Сo - Сw по минимизации относительной некогерентности, определенной как где Сo,рас - расчетная проводимость образцов полностью насыщенной рассолом породы,Co,изм - измеренная проводимость образцов полностью насыщенной рассолом породы,- суммирование соленостей. В прилагаемой таблице приведены результаты трех подгоночных параметров с, с и hb и относительная некогерентность. Кроме того, в таблице приведена некогерентность между мембранным потенциалом(расч), определенным предложенным способом,и измеренным мембранным потенциалом (изм) Мембранный потенциал является особенно интересной величиной, так как он является прямой неразрушающей мерой вклада глины в общую проводимость, который не использовался для определения подгоночных параметров. Ниже приводится сравнительный пример,позволяющий более конкретно проиллюстрировать изобретение. Сравнительный пример. Как было указано выше, в упомянутой выше публикации 1 кроме данных для 27 образцов керна предложена эмпирическая модель,называемая в общем как модель ВаксманаСмитса. Для сравнения предложенного способа с моделью Ваксмана-Смитса определяли относительную некогерентность между измеренными проводимостями и проводимостями, определенными с помощью модели Ваксмана-Смитса,и относительную некогерентность между измеренными концентрационными мембранными потенциалами и концентрационными мембранными потенциалами, определенными с помощью модели Ваксмана-Смитса. Эти относительные некогерентности для всех 27 образцов приведены в таблице. Для модели Ваксмана-Смитса применяли следующее известное выражение: Со = Cw/F + BQv/F при F = -m где m - свободный параметр (также называемый показателем цементации), Qv - определяется из измерений образца, так же как и пористость ,при этом была использована стандартная Вдиаграмма для вычисления влияния солености и температуры на измерения проводимости. Из сравнения значений некогерентности,полученных с помощью предложенного способа, и значений некогерентности, полученных с помощью модели Ваксмана-Смитса, видно, что предложенный способ позволяет получить лучшие результаты. В частности, чрезвычайно низкие значения некогерентности для концентрационного мембранного потенциала, которые, в основном, постоянны во всем диапазоне Qv,свидетельствуют, что точность результатов, полученных предложенным способом, гораздо выше. Предложенный способ может найти применение при определении относительного объема рассола или углеводорода в земном пласте,если имеются данные каротажа, характеризующие проводимость пласта. Способ может быть реализован, например, следующим образом. Проводится каротаж электропроводимости земного пласта с использованием каротажного прибора, опущенного в буровую скважину в земном пласте. Для изотропного пласта, содержащего рассол, (индекс b), глину (индекс с) и непроводящую горную породу и углеводород (индексr/hc), породу и углеводород группируют вместе, 7 так как их проводимости стремятся к нулю. Выбирается зависимостьo - дополнительный параметр,k, n = 1N, N - количество компонентов,эф - проводимость земного пласта,k - проводимость компонента k,k - относительный объем компонента k,hk - коэффициент смешивания, относящийся к компоненту k,k - коэффициент просачивания, относящийся к компоненту k,Vk,n - показатель просачивания, относящийся к компонентам k, n. Каждый компонент k имеет четыре параметра: k, k, k и Vk, при этом B, B, R/HC измеряются непосредственно. Кроме того, с = 0 для дисперсной глины. hR/HC и R/HC следуют из 8 правила суммы. Необходимо определить параметры с, B, VB и с. Эти параметры определяют посредством прямого моделирования на экспериментальных данных. с, B, VB остаются неизменными во всем геологическом пласте, аB зависит от глубины. Экспериментальные данные для определения параметра включают в себя каротажные измерения содержащей рассол зоны, лабораторные измерения коэффициента удельного сопротивления пласта (КСП) и экспериментальные измерения солености рассола. Каротажные данные из содержащей рассол зоны используются для корреляции локального параметра с с подходящими комбинациями logs/log,известными в области каротажа. с, B, B и корреляция Jc с подходящими комбинациямиlogs/log могут использоваться в углеводородсодержащих пластах. Для каротажа скважин приведенная выше зависимость и указанные параметры, относительный объема рассола, а значит,и относительный объем углеводорода, определяются как функция глубины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения параметра компонента в составе земного пласта, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента в составе, содержащем множество компонентов земного пласта, заключающийся в том, что бурят скважину в земном пласте для получения испытуемого образца керна, измеряют электропроводность состава с помощью каротажного прибора, выбирают зависимость между электропроводностью состава и множеством параметров состава, включая физические параметры, характеризующие электропроводность и относительный объем каждого компонента состава, причем все компоненты по существу равно представлены физическими параметрами в указанной зависимости, и определяют выбранный параметр из указанной зависимости и измеренной проводимости состава, отличающийся тем, что в указанную зависимость вводят дополнительный параметр, который зависит от проводимости одного из компонентов и коэффициента смешивания, при этом коэффициент смешивания зависит от геометрической конфигурации компонентов в составе и определяет степень просачивания отдельных компонентов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное множество параметров состава включает в себя, по меньшей мере, один подгоночный параметр, который определяют посредством применения указанной зависимости к набору данных, полученных путем измерения электропроводности, по меньшей мере, одного образца, характерного для указанного состава, для разных значений, по меньшей мере, одного из указанных параметров. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что указанную зависимость выбирают как где о представляет дополнительный параметр в виде тензора проводимости,k = 1N, N - количество компонентов в составе, 001131 эф - тензор проводимости образца,k - тензор проводимости компонента k,k - относительный объем компонента k,L - тензор деполяризации. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный дополнительный параметр выбирают как 0 =hk k где о представляет дополнительный параметр в виде тензора проводимости, характерного для проводимости в трех основных направлениях,k = 1N, N - количество компонентов в составе,k - тензор проводимости компонента k,hk- тензор коэффициента смешивания, относящийся к компоненту k. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что коэффициенты смешивания выбирают таким образом, что их сумма по существу равна единице. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что коэффициенты смешивания не имеют отрицательного значения. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что каждый коэффициент смешивания выбирают как функцию, по меньшей мере,относительного объема компонента, относящегося к указанному коэффициенту смешивания. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что указанная функция является монотонно возрастающей функцией в относительном объеме компонента, относящегося к коэффициенту смешивания. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем,что указанную функцию выбирают так, чтобы коэффициенты смешивания стремились к нулю для обращающегося в нуль относительного объема компонента, относящегося к коэффициенту смешивания. 10. Способ по любому из пп.1 или 9, отличающийся тем, что каждый коэффициент смешивания выбирают какk, n = 1N, N - количество компонентов,составляющих указанное множество компонентов,k - тензор скорости просачивания, относящийся к компоненту k,k - относительный объем компонента k,Vk,n - показатель просачивания, относящийся к компонентам k, n. 11. Способ по п.10, отличающийся тем,что, по меньшей мере, один из параметров hk, k и V является подгоночным параметром. 12. Способ по любому из пп.3-11, отличающийся тем, что тензор деполяризации имеет положительное значение. 13. Способ по любому из пп.3-12, отличающийся тем, что тензор деполяризации имеет единичный след. 14. Способ по любому из пп.3-13, отличающийся тем, что тензор деполяризации равен 1/3 единичного тензора. 15. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что определение подгоночного параметра посредством применения указанной 12 зависимости к набору данных выполняют как итеративный процесс. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что итеративный процесс заключается в многократном применении указанной зависимости в схеме минимизации. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что схему минимизации применяют к рассогласованию между измеренными электропроводностями указанных компонентов и электропроводностями компонентов, определенных с помощью указанной зависимости. 18. Способ по любому из пп.1-17, отличающийся тем, что указанным составом является земной пласт. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что указанный земной пласт содержит, по меньшей мере, один компонент из горной породы, рассола, углеводородного флюида и глины. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что указанным определяемым параметром является относительный объем углеводородного флюида или рассола.