Значение керновых исследований в образовательном процессе

Международная публикация
Библиографическое описание статьи для цитирования:
Нургалиева Н. Г. Значение керновых исследований в образовательном процессе // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2013. – Т. 3. – С. 556–560. – URL: http://e-koncept.ru/2013/53113.htm.
Аннотация. В статье обсуждается значение знаний о строении вещества геологических объектов в геологическом образовании и рассмотрена методика организации образовательного и исследовательского процесса с использованием керновых объектов при подготовке специалистов по геологии нефти и газа.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Нургалиева Нурия Гавазовнадоктор геологоминералогических наук, профессор КФУ, г. Казаньnouria.nourgalieva@ksu.ru

ЗНАЧЕНИЕ КЕРНОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ

Аннотация

В статье обсуждается значение знаний о строении вещества геологических объектов в геологическом образовании и рассмотрена методика организации образовательного и исследовательского процесса с использованием керновых объектов при подготовке специалистов по геологии нефти игаза.

Ключевые слова: геологнефтяник, керн, лабораторные методы, образовательный процесс.

Введение

Современное образование ориентируется сегодня на две ярко выраженные и стремительно развивающиеся тенденции в науке и практике. С одной стороны –это мультидисциплинарность, требующая внедрения участников образовательного процесса в различные предметные области и умения найти между этими областями эффективные контакты. С другой стороны –это «сужение» специализаций изза разветвления, углубления, меандрирования «русел», по которым стремительно движутся мощные потоки информации. Умение находить компромисс между этими тенденциями –сегодня одна из актуальных задач образовательной деятельности педагогов и студентов.Подготовка специалистов по геологии нефти и газа обусловлена высокими требованиями, предъявляемыми к выпускникам со стороны геологоразведочных организаций (от малых компаний до крупных корпораций), не говоря о научных сообществах. В число этих требований входят умение ставить и решать задачи, умение расставлять приоритеты при решении этих задач, умение быстро адаптироваться к меняющимся условиям техникотехнологического оснащения и социальной коммуникации. Так или иначе, все эти умения можно свести к одному основополагающему умению –умению быстроучиться новому.Таким образом, с одной стороны, задача преподавателя состоит в том, чтобы дать оптимальные знания и технологии использования этих знаний, а с другой стороны –подобрать условия обучения для стимулирования выработки умения быстро учиться новому.К таким условиям образовательного процесса относится применение комплексного лабораторного исследования керна горных пород при выполнении курсовых и дипломных работ. Сегодня для решения задач поисковоразведочных работ и разработки залежей и месторождений геологинефтяники, в основном, получают данные в «удаленном доступе» и расшифровывают различные «записи» геологического пространства (каротажные кривые, сейсморазрезы, структурные карты, карты изопахит, карты разработки и т.д.). Однако, для успешного решения геологоразведочных и смежных задач современному геологу необходимо «чувствовать» вещество геологической среды не только дистанционно, но и прикасаясь к нему непосредственно; культивировать в себе стремление к пониманию процессов, приводящих к формированию свойств минералов, органического вещества, флюидов и других вещественных компонентов горных пород, их структурированию в микрои макромасштабах. Воспитание подобного качества у обучающихся направлено на выработку умения «быстро» проникать в поставленную задачу, в суть физического или химического метода исследования, в освоение, как минимум, пользовательского уровня владения измерительным оборудованием. На следующем этапе развиваются умения обработать полученные данные и проинтерпретировать их в рамках поставленной задачи.Все эти умения закладываются, в первую очередь, при освоении курсов «Кристаллография», «Минералогия», «Петрография», «Литология», «Нефтегазовая литология», но эффективно могут развиться только при выполнении специализированныхкурсовых и дипломных работ (не говоря о научноисследовательских работах), выполняемых студентами на основе кернового материала, собираемого ими во время учебной или производственной практики.

Методика организации образовательного и исследовательского процесса при выполнении курсовых и дипломных работ

Организация образовательного и исследовательского процесса при выполнении курсовых и дипломных работ, связанных с изучением кернового (и не только) материала, становится эффективной, если в основе своей подчинить ее логике и правилам написания научной статьи согласно мировым стандартам, требующим сначала общего освещения выбранной проблематики (краткого обзора), позволяющего подвести к постановке задач и сформулировать их актуальность, а затем выбрать и охарактеризовать объект исследования. На следующем этапе обосновываются методы исследования, далее приводятся результаты исследования, их интерпретация и выводы. Рассмотрим, например, возможный ход выполнения дипломной работы на примере изучения резервуарных свойств пластов АС11/1 и АС12/1 одного из месторождений ЗападноСибирской нефтегазоносной провинции по данным исследования керна скважины. Геологанефтяника, в первую очередь, интересуют вопросы коллекторских свойств пласта и свойств движущихся по нему флюидов (нефти, газа, воды). Эти вопросы можно рассмотреть в свете разных аспектов. К приоритетным относится аспект условий формирования пород в процессе литогенеза, влияющих на образование порового пространства, миграцию и аккумуляцию в нем флюидов, фильтрацию в межскважинном и внутрискважинном пространстве при разработке продуктивных пластов. В общем, аспект сформулирован, но ограничивается спецификой получения геологической информации (сложные физикогеографические условия освоения территории, скважины бурить дорого и вынос керна неполный, много или мало образцов отобрано, каждый образец поразному неоднороден и т.п.). Так или иначе, такие условия задают путь конкретизации аспекта и формирование «маршрута» группы задач, позволяющих в той или иной степени достигнуть искомого видения и понимания исследуемого объекта.Обзор материала по геологии и разработке указанных двух пластов показал, что добычные возможности их различаются и изменяются в некоторых участках только после применения технологии гидроразрыва пласта. Пласты обеспечены керновым материалом из скважин опытнопромышленных участков.Таким образом, определяется «маршрут» работы: для выяснения причин отличия добычных возможностей двух пластов необходимо проанализировать условия их залегания и образования, изучить вещественный состав пород, их структурнотекстурные особенности и фильтрационноемкостные свойства.При характеристике объекта исследования эффективным путем является построение модели, выраженной в схемах геологической корреляции, геологических профилях, картах геологических свойств. Модель, например, демонстрирует частое переслаивание породколлекторов и непроницаемых пород. Отсутствие при многочисленных испытаниях в продуктивной части разреза пластовой воды показывает, что залежь нефти представляет собой замкнутое линзовидное тело, полностью заполненное нефтью, а контуры залежи данного пласта определяются границами его распространения. Залежь литологически ограниченная (по классификации И.О. Брода, Н.А.Еременко [1]) в зонах повышенной пористости, окруженных практически непроницаемыми породами.Построение модели –необходимое начальное звено «маршрута» исследований и, очевидно, оно целесообразно на долабораторном этапе сбора и обобщения геологогеофизических и геологопромысловых данных.Построенная модель позволяет определить в ней значимость керновых скважин и задать уровни отбора образцов в каждой скважине.Шаг отбора образцов из керна определяется характером неоднородности разреза. В идеальном случае этот шаг диктуется числом литотипов в разрезе, положением в нем нефтяной, водонефтяной и водяной зон, толщиной породколлекторов и экранирующих прослоев и покрышки. На рис.1 показан керн (спиленный и отполированный) и места отбора (отверстия) цилиндрических образцов из него.

Рис.1.Пласт АС12/1. Фотографии керна в дневном (слева) и ультрафиолетовом (справа) свете. В ультрафиолетовом свете фиксируются нефтенасыщенные зоны. Отверстия соответствуют взятым на лабораторные исследования образцам песчаников, алевролитов и аргиллитов.

Сформированная коллекция образцов описывается путем составления таблицы по форме (таблица 1).

Таблица 1.

Форма таблицы: описанием образцов (с примером)№ обрЛитологическое описаниеФотография кернаФотография шлифа (длина поля шлифа составляет 3,5 мм)8Песчаник серый, плотный, крепкий, мелкозернистый, аркозовый, известковистый, с намывами углистоглинистого материала и слюды; тонкогоризонтально слоистостый

На основе полученной таблицы обобщается структура и текстура пород с выделением характерных литотипов в разрезе и задается ряд следующих лабораторных анализов для достижения нескольких образовательных целей:

учебнообразовательная цель (знакомство с современными, в том числе, прецизионными методами исследования, вычленение информативности методов для решения геологических задач);

научная цель (отбор информации и ее адаптация для оптимизации построенной геологической модели, объяснения процессов формирования коллекторских и экранирующих свойств, а также процессов фильтрации флюидов при добыче нефти);

практическая цель (рекомендация тех или иных геологических участков, блоков для тех или иных технологических решений, например применения технологии гидроразрыва пласта).Достижение первой цели, в основном, обусловливается наличием имеющегося в учебном заведении оборудования и ресурсами по его использованию. В данном случае был задан следующий ряд методов: микроскопия (оптическая и электронная), магнитнорезонансная спектроскопия, рентгенофазовый анализ, комплекс петрофизических анализов.Достижение второй цели выражается, например, в рассматриваемом конкретном случае, в типизации пор по данным электронной микроскопии (рис.2), выяснении распределения кальцитового цемента и органического вещества по данным электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) (рис.3), уточнении минерального состава пород на рентгенодифрактограммах (рис.4), получении данных по коллекторским свойствам пород (форма в таблице 2).Анализ таблицы 2 и других полученных данных позволяет установить классификационное место породколлекторов, например, по классификации А.А.Ханина [2] и обосновать применимость технологии разработки пласта, например, гидроразрыва пласта в комплексе с кислотным воздействием.Таким образом, «маршрут» исследования разворачивается в сторону задачи третьей (практической) образовательной целевой группы, а именно, в конкретном случае, рассмотрения зависимостей пористостькарбонатность, пористостьпроницаемость и моделирования воздействия кислотного реагента на выбранном участке пласта для понимания перспективности его использования для улучшения фильтрационных свойств пласта и повышения его добычных возможностей на других участках со сходными коллекторскими свойствами (рис.5).

Рис. 2.Пример отбора информации по электронной микроскопии –типы пор по размерам и они самыераспространенные: а –пора 1 типа; б –поры 2 типа.

Рис.3.Спектры ЭПР. Красным цветом показаны линии спектров, отражающие наличие в различной степени упорядоченного кальцита в составе цемента пород; черным –наличие органического радикала от углистогодетрита и тем самым демонстрирующие присутствие глинистых минералов также в цементе песчаников. Отмечается закономерная смена одного типа сигнала другим, на что повлияло частое изменение условий осадконакопления –довольно спокойная обстановка отложения осадка (накопление более мелких песчаных разностей и глинистых частиц, сорбирующих органическое вещество) менялась на более активную.



Рис. 4.Дифрактограмма; типичный образец; песчаник. Отражения: 18 –кварц; 910 –кальцит; 1124 –альбит; 2528 –хлорит; 2931 –мусковит

Таблица 2.Форма таблицы коллекторских свойств пород (с примером) № образцаГлубина отбора, мКоэффициентоткрытой пористостиКоп, %КоэффициенткарбонатностиКкарб., %Коэффициент абсолютнойпроницаемостиКпрон, мДВдоль напластованияIПерпендикулярнонапластованию┴12743,75,2228,97124



Рис.5.Показано изменение проницаемости образца после введения кислотного реагента (АФК). Из рисунка видно, что ввод реагента привел к увеличению проницаемости (от 0.163 до 0.236 мД –почти на 45%). При этом размер поровых каналов увеличился от 0.093 до 0.105 мк.

Заключение

Активное включение лабораторных исследований керна разнообразными физическими и химическими методами в образовательный процесс имеет важноенаучнопедагогическое значение при подготовке геологовнефтяников, так как позволяет через «работу руками», через подробное рассмотрение вещества геологического объекта воспитывать в обучающихся умение «быстро» учиться новому, умение «отделять зерна от плевел», умение ставить и решать серьезные теоретические и практические задачи. «Маршрутная» методика организации образовательного и исследовательского процесса с использованием керновых объектов выступает как эффективный способ выполнения образовательныхзадач, в частности, курсовых и дипломных работ по геологии нефти и газа.

Ссылки на источники

1. Брод И.О., Еременко Н.А. Основы геологии нефти и газа –М.: Государственное научнотехническое издательство нефтяной и горнотопливной литературы, 1957 –480с.2. Ханин А.А. Породыколлекторы нефти и газа нефтегазоносных провинций СССР. –М.: Недра, 1973 –304 с.

Nurgalieva Nuriya GavazovnaDoctor of Sciences, professor, Kazan Federal University , Kazannouria.nourgalieva@ksu.ru

SIGNIFICANCEOF CORE INVESTIGATIONS IN GEOEDUCATION

Annotation

It was discussed the significance of knowledge of geological objects substance in geoeducation. It was regarded the methodical approach to teach by core using through lab investigation.

Key words: petroleum geologist, core, lab methods, education.