Отправлено: 21.08.06 03:31. Заголовок: ПЕТРОФИЗИКА (черновой -23-08-06, редактируемый раздел - критика принимается)

Петрофизика

Петрофизика (petro- порода+ physics - физика) или физика горных пород — прикладной раздел наук о Земле, находящийся на стыке геологии ( литологии, гидрогеологии, теории разработки нефтяных и газовых месторождений, инженерной геологии, почвоведения и других наук геологического цикла), геофизики (cкважинной, разведочной, инженерной), а также физических исследований Земли и физико-химии микронеоднородных и пористых материалов (теория тепломассопереноса, химическая технология, свойства строительных материалов, искусственных и природных ионитов и мемвбран и др.).

Петрофизика изучает физико-химические свойства горных пород (с учетом особенностей их состава и строения) и взаимосвязи между этими свойствами, естеcтвенными полями Земли и искусственными полями создаваемыми человеком.

Целью петрофизики является восстановление по измеренным физическим свойствам пород информации об их составе, строении, происхождении (генезисе) этих пород, их неизвестных свойствах и поведении при тех или иных способах воздействия (например при способах интенсификации добычи полезных ископаемых).

Cуществует различие школ и направлений в петрофизике обусловленных различием объектов исследований, в частности в петрофизике пород нефтяных и газовых месторождений и гидрогеологии основным предметом изучения являются свойства пород насыщенных флюидами (водой, нефтью, газом), в петрофизике пород фундамента и глубинных структур Земли чаще изучаются свойства "сухих" магматических и метаморфических пород.
Иногда различают экспериментальную петрофизику - науку и технологии измерения свойств горных пород и теоретическую петрофизику - науку о взаимосвязях этих свойств.
В «западной» терминологии под петрофизикой с 90-х годов прошлого века часто понимаются геофизические исследования скважин (каротаж, ГИС).

В основе проблематики петрофизики осадочных пород и коллекторов нефти и газа лежат задачи оценки емкостных и фильтрационных свойств, для подсчета запасов и проектирования разработки. Cвязанные с этими задачами разделы петрофизики начали появляться много ранее ее институционального оформления как самостоятельной области знания (с работы Г.А.Арчи (1950)). К первым работам по петрофизике можно отнести работу Дарси (1856) открывшего линейный закон фильтрации, работы Слихтера (конца 18-го века) обосновавшего закон Дарси на основе модели укладки твердых сфер, работы Козени (1927) и Кармана по расчету проницаемости, теоретические и экспериментальные работы по расчету удельного электрического сопротивления пористых сред (Дж.К.Максвелл, К.Лихтенеккер, Д.А.Г.Бруггеман, В.Н.Дахнов, Г.А.Арчи), по учету эффекта проскальзования при пересчете расчете проницаемости по газу в проницаемость по жидкости (Клинкенберг), по расчету капиллярного подъема в пористых средах и относительной фазовой проницаемости (Перселл (1949), Бурдайн (1950), Розе), по влиянию глинистости на сопротивление и собственную поляризацию (Де Витте, Вилли, Долль, Дахнов, Вендельштейн), расчету скоростей упругих волн (Я.И.Френкель, Гассман, Био, Брант, М.Р.Вилли).
Обобщение разнообразных петрофизических взаимосвязей было проведено рядом исследователей, среди которых необходимо выделить Г.А.Арчи (1950), C.Д.Пирсона (1958), В.Н.Дахнова и В.Н.Кобранову (1962), А.Е.Шейдеггера (1960), В.Энгельгарда (1964), Б.Ю.Вендельштейна (1964).

К этому времени стало принято относить к числу свойств изучаемых петрофизикой: пористость, проницаемость, содержание воды вытесняемой при разном давлении вытесняющего газа, связанной воды, содержание фракций по данным гранулометрии, фазовые проницаемости, карбонатность, плотность, теплопроводность, сопротивление, диффузионно-адсорбционную активность, естественную радиоактивность, упругие свойства (включая и скорости упругих волн), нейтронные свойства.

Естественная радиоктивность и ее связь с глинистостью широко исследовалась в отечественных (В.В.Ларионов, М.Д.Шварцман) и западных (В.Фертл) работах и публикациях
В 60-е годы прошлого века началось применение в петрофизике математических методов, позволивших путем применения регрессионного анализа (М.М.Элланский, Курганский и др) строить многомерные петрофизические связи.

C этого момента наметилось разделение петрофизиков на экспериментаторов и теоретиков.
Большая роль в становлении экспериментальной базы петрофизики в России принадлежит А.А. Ханину, Горояну, В.И.Петерсилье, Орлову, Б.И.Тульбовичу, А.Г.Ковалеву.
Параллельно изучались вопросы влияния микронеоднородностей, на сопротивление и проницаемость, обусловленных наличием глинистого (Хилл, Милберн, М.Р. Вилли, Г.Г. Долль, Д.А.Шапиро, И.Е.Эйдман, Б.Ю.Вендельштейн, М.М.Элланский, В.И. Петерсилье, В.В.Поспелов, Ваксман, Смит, Е.И.Леонтьев) и карбонатного (М.Р. Вилли, А.М. Нечай, И.И. Горюнов, Б.Ю.Вендельштейн, Я.Н.Басин, Л.С.Берман, В.С.Нейман, Е.С.Ромм).

Важный цикл исследований в петрофизике связан с изучением влияния пластовых условий (температур и давлений действующих на глубинах в несколько километров) на физические свойства и их взаимосвязи (И.И.Фетт, В.М.Добрынин, Ю.Б.Меклер, Л.М.Марморштейн).
В 70-80-е годы стали приобретать популярность нелинейные петрофизические взаимосвязи (А.К.Вейнберг, Б.Н.Еникеев, В.А.Ефимов, Sen, Кохен, Буссиан, Буссиони), начало использования которых можно найти еще в 50-е годы (А.А.Семенов, Овчинников, В.Н.Дахнов).
Cтали шире распространяться методы электронной микроскопии и стереологические методы (пионером их применения можно считать выполненную много ранее работу Авдусина и Цветковой).
В конце 80-х годов в петрофизике стали применяться решетчатые модели пористых сред восходящие к работам И.Фетта, но основанные на идеях теории перколяции и фрактальных представлениях (Larsen, Chatris, Toledo, Деменицкая, Б.Н.Еникеев, В.А.Ефимов, Мальшаков).
К 90-м годам активно стали изучать спектральную гамма-активность горных пород и их ядерно-магнитные свойства (методы, основа которых была заложена еще в 60-е годы).
В эти же годы применение методов теории микронеоднородных сред в петрофизике стало оформляться в самостоятельное направление (Sen, Cohen, Torquato, Sahimi, Марков).


Методы петрофизики
Петрофизика рассматривает горную породу как агрегат трехфазового состава, состоящий из твердой (один или несколько минералов), жидкой (вода, нефть) и газообразной (воздух, газы) фаз. Иногда рассматривается и гидрид (как твердая фаза способная переходить в газообразную). Физические свойства горных пород в общем случае определяются прежде всего свойствами всех компонент всех фаз, их объемным содержанием в породе и для структурно-зависимых свойств взаимным расположением и сообщаемостью компонент, характеризуемыми структурой и текстурой пород.
Имеются и формальные стереологические методы, которые позволяют описать строение породы при помощи обобщенных характеристик, отражающих их состав и строение.
Такие физические свойства породы, как плотность, магнитные, электрические, упругие, тепловые, ядерные, определяются, в основном, свойствами содержанием и компановкой минеральных компонент из которых состоит порода, условиями пласта и зависят от обстановки сноса и отложения седиментационного материала (седиментогенеза) и последующего (постседиментационного) преобразования горных пород.
Все отмеченные направления в петрофизике продолжают развиваться и способствуют пополнению знаний и возможностей исследования недр Земли геофизиками и геологами.

Основные статьи по петрофизике публикуются в материалах конференций как отечественных, так и западных (SPWLA, SPE, SCA) и в журналах "Геология нефти и газа", "Геофизика", "Каротажник", "Нефтяное хозяйство", "Petrophysics".

Много информации может быть найдено в интернет по ключевым словам и фамилиям упомянутым в данной статье.


Литература:
Пирсон Дж. С. Физика нефтяного пласта 1960

Шейдеггер А.Е. Течение жидкости через пористые материалы ГТТИ 1960

Кобранова В. Н., Физические свойства горных пород, М., 1962;

Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика М., Недра 2001;

Элланский ММ Еникеев БН Использование многомерных связей в нефтегазовой геологии М Недра 1991

Физические свойства горных пород и полезных ископаемых СССР, М., 1964;

Александров К. С., Рыжова Т. В., Упругие свойства породообразующих минералов и горных пород, М., 1970;

Schön, Jürgen. Physical properties of rocks : fundamentals and principles of petrophysics / by J.H. Schön. 1996

Tiab, Djebbar. Petrophysics : theory and practice of measuring reservoir rock and fluid transport properties / Djebbar Tiab and Erle C. Donaldson. 2004