Масштабные и анизотропные эффекты при экспериментальном изучении физических свойств сложнопостроенных карбонатных коллекторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Гурбатова, Ирина Павловна

• Гурбатова, Ирина Павловна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гурбатова, Ирина Павловна

Введение.

Глава 1. Анализ стандартов и методик определения физических свойств и методов учета масштаба изучаемых объектов в стандартных методиках.

1.1 Литологическая характеристика и особенности строения карбонатных отложений Тимано-Печорской провинции.

1.2 Оценочно-генетическая классификация карбонатных коллекторов.

1.3 Обоснование оптимального размера образцов керна.

1.4 Определение коэффициента открытой пористости.

1.5 Определение абсолютной газопроницаемости.

Выводы.

Глава 2. Экспериментальные исследования влияния масштабных эффектов на определение фильтрационно-емкостных, электрических и акустических свойств кернового материала.

2.1 Влияние размеров исследуемых образцов на фильтрационно-емкостные свойства.

2.2 Влияние размеров исследуемых образцов на электрические и акустические свойства.

2.3 Изучение причин возникновения масштабного эффекта методом РЭМ.

Выводы.

Глава 3. Экспериментальное изучение анизотропии физических свойств стандартных и крупномасштабных кернов.

3.1. Методические подходы к изучению анизотропии пластовых систем.

3.2. Масштабный эффект при изучении анизотропных свойств кернового материала.

3.3 Изучение анизотропии проницаемости на крупномасштабных образцах.

3.4 Изучение взаимосвязи фильтрационной анизотропии с анизотропией физических свойств.

3.5 Изучение взаимосвязи фильтрационной анизотропии с анизотропией физических свойств на образцах полноразмерного керна и стандартного размера

3.6 Результаты изучения анизотропии микростроения образцов методами электронной микроскопии и Фурье-анализа.

Выводы.

Глава 4. Экспериментальное изучение влияния масштабных и анизотропных факторов на степень вытеснения нефти водой.

4.1 Проведение экспериментальных исследований по определению коэффициента вытеснения нефти водой.

4.2 Экспериментальное изучение влияния масштабного фактора на степень вытеснения нефти водой.

4.3 Исследование подвижности капиллярно-защемленных фаз в анизотропных кернах.

4.4. Экспериментальное исследование влияния латеральной анизотропии на степень вытеснения нефти водой.

Выводы.

Глава 5. Экспериментальное изучение влияния масштабных и анизотропных эффектов на характеристики двухфазной фильтрации.

5.1 Проведение экспериментальных исследований.

5.2 Влияние структуры порового пространства.

5.3 Влияние смачиваемости поверхности твердой фазы.

5.3 Влияние латеральной анизотропии на относительные фазовые проницаемости.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Масштабные и анизотропные эффекты при экспериментальном изучении физических свойств сложнопостроенных карбонатных коллекторов»

Актуальность работы

В настоящее время состояние нефтедобывающей отрасли страны характеризуется объективным ухудшением ресурсной базы и увеличением доли трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья. Усложняются как сами объекты разработки (типы открываемых залежей нефти и газа, типы коллекторов, углеводороды), так и места их нахождения (большие глубины на суше, шельф). Увеличение доли трудноизвлекаемых запасов, приуроченных к слож-нопостроенным карбонатным коллекторам, требует кардинального улучшения методов извлечения полезной информации из применяемого комплекса исследований, необходимо проводить специальные научно-исследовательские работы. Разработка месторождений углеводородов Тимано-Печорской провинции значительно затруднена из-за сложности строения неоднородных карбонатных комплексов, неоднозначности типов и свойств коллекторов в пределах резервуара, нерешенности вопросов оценки параметров трещиноватости и каверноз-ности. В таких разрезах результаты интерпретации ГИС неоднозначны, часто значительно отличаются от данных, получаемых при изучении кернового материала и результатов гидродинамических исследований скважин.

Знание фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) коллекторов необходимо при подсчете запасов углеводородов, проектировании и анализе разработки месторождений. Единственными прямыми способами изучения ФЕС являются лабораторные методы анализа керна. Определение физических свойств пласта по результатам анализа кернового материала опирается на установленные государственные и отраслевые стандарты, согласно которым используются образцы «стандартного» размера. Такой подход сложился на основе длительного изучения относительно простых гранулярных коллекторов, обладающих однородной структурой порового пространства. Предполагается, что стандартные размеры керна являются представительными для определения широкого набора физических свойств, значение которых адекватны значениям свойств в ячейках геологической модели. При интерпретации данных ГИС свойства, определяемые в области чувствительности метода, отождествляются со свойствами, полученными на стандартных образцах керна. При изучении сложнопостроенных коллекторов, обладающих смешанным типом пористости и характеризующихся полимодальными распределениями пор по размерам, образцы стандартного размера уже не характеризуют особенности внутрипоровой структуры, в частности взаимосвязанности типов пор на различных масштабных уровнях. Определение петрофизических характеристик трещинно-каверново-поровых коллекторов требует специальных методических приемов, учитывающих изменение характера связанности сложнопостроенных на различных масштабных уровнях.

В настоящее время практически полностью отсутствуют методики лабораторного изучения петрофизических свойств пород на полномасштабных кернах, или данные методики устарели и требуют усовершенствования. Это требует кардинально новых подходов. Поэтому выполнение таких исследований, по мнению автора, и определяет актуальность выбранной темы диссертационной работы.

Цель работы - изучение масштабных и анизотропных эффектов при экспериментальном определении физических свойств сложнопостроенных коллекторов на образцах стандартного размера и полноразмерных кернах.

Объект исследования: керновый материал, отобранный из карбонатных отложений Тимано-Печорской провинции, характеризующийся смешанным типом пористости и сложной структурой пустотного пространства

Основные задачи исследования

1. Анализ существующих методик изучения физических свойств пород-коллекторов, выявление факторов, влияющих на достоверность результатов лабораторных исследований.

2. Анализ информативности определения фильтрационно-емкостных свойств на образцах стандартного размера и полноразмерном керне.

3. Экспериментальное изучение влияния масштабных эффектов на значения вертикальной и латеральной анизотропии физических свойств пород.

4. Экспериментальное изучение влияния масштабных факторов на петро-физические свойства сложнопостроенных карбонатных коллекторов при проведении лабораторных исследований образцов керна.

5. Разработка технического и информационного обеспечения и методики изучения физических свойств на образцах керна с сохраненным при выбуривании на скважине диаметром.

6. Проведение специальных экспериментов с целью выявления влияния масштабных эффектов на определение фильтрационно-емкостных свойств пород, на структурные коэффициенты, входящие в уравнение Дахнова- Арчи, на значения вертикальной и латеральной анизотропии физических свойств, на характеристики двухфазной фильтрации.

Методы исследования. Лабораторные методы изучения фильтрационно-емкостных свойств, определение петрофизических свойств и параметров двухфазной фильтрации при моделировании термобарических условий пласта на образцах стандартного размера и полноразмерном керне.

Научная новизна

1. Впервые проведено экспериментальное исследование влияния масштабных эффектов на определение физических свойств сложнопостроенных неоднородных коллекторов в лабораторных условиях.

2. Показано существенное влияние размеров исследуемых образцов керна на результаты определения ФЕС.

3. На основе микроструктурного анализа показано, что проявление масштабного эффекта при определении физических свойств контролируется особенностями структуры порового пространства исследуемых образцов.

4. Разработана методика изучения латеральной анизотропии проницаемости на образцах полноразмерного керна и установлено кратное увеличение значений латеральной анизотропии при переходе от стандартных к полноразмерным образцам керна.

5. Впервые установлено изменение структуры порового пространства для образцов керна, выпиленных по главному и перпендикулярному ему направлениям фильтрации.

6. Установлено различие широкого набора физических свойств (пористость, остаточная водонасыщенность, смачиваемость, удельное электрическое сопротивление и др.), определенных на образцах стандартного размера, выпиленных по главному и перпендикулярному ему направлениям.

7. Впервые экспериментально показано влияние масштабных и анизотропных эффектов на коэффициенты вытеснения нефти водой, значения остаточной нефтенасыщенности и функций относительных фазовых проницаемо-стей.

Связь с планами НИР

Работа выполнялась в соответствии с программами фундаментальных исследований РАН (Программа Президиума РАН №24) и программой научно-технических работ организаций Группы «ЛУКОЙЛ», подпрограмма НИОКР (Научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы).

Практическая значимость

1. Экспериментальные данные по влиянию масштабных и анизотропных факторов на ФЕС пласта позволяют лучше понимать недостатки и совершенствовать методики построения геологических и гидродинамических моделей залежи.

2. Учет масштабного эффекта позволит определять информативность изучения фильтрационно-емкостных характеристик на керне и повысить достоверность петрофизической основы для интерпретации данных ГНС.

3. Разработанная методика изучения латеральной анизотропии фильтрационных свойств на образцах полноразмерного керна позволяет быстро и полно охарактеризовать симметрию порового пространства.

4. Проведение исследований по анизотропии пласта на керновом материале позволит улучшить понимание процессов, происходящих при разработке сложнопостроенных карбонатных коллекторов и выявлять причины различия направлений фильтрационных потоков.

5. Проведение исследований по разработанной методике на азимутально-ориентированном керне позволит установить пространственное распределение характеристик коллекторов, выявить тенденции изменения пористости и проницаемости.

6. Экспериментально выявленное влияние масштабных и анизотропных эффектов на важнейшие характеристики двухфазной фильтрации позволяет рекомендовать полученные результаты для совершенствования методик определения функций ОФП, коэффициентов вытеснения, водо-, нефтенасыщенности по данным лабораторного моделирования.

7. Результаты, полученные в работе, позволяют совершенствовать лабораторные методы изучения сложнопостроенных пород-коллекторов.

Реализация работ в промышленности

Все исследования соискателя вызваны потребностями практики подсчета запасов и проектирования разработки нефтяных месторождений, приуроченных к сложнопостроенным карбонатным коллекторам. Результаты диссертационной работы использованы ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» при пересчете запасов нефти и построении геологических и гидродинамических моделей залежей (Усинское, Баяндыское, Тэдинское месторождения).

Защищаемые положения

1. Экспериментально установлено наличие масштабного эффекта при изучении фильтрационно-емкостных, электрических, акустических свойств, определении коэффициента вытеснения нефти водой и относительных фазовых проницаемостей сложнопостроенных карбонатных пород-коллекторов.

2. Экспериментально установлено кратное увеличение значений латеральной анизотропии пласта при переходе от определений на стандартных образцах к полноразмерным образцам керна.

3. Исследования азимутальной анизотропии по проницаемости и интервальному времени позволяют быстро и полно охарактеризовать симметрию по-рового пространства и выявить направление максимальной фильтрации в ненарушенных образцах полноразмерного керна с учетом систематического различия типов симметрии по разным физическим свойствам.

3. Латеральная анизотропия сложнопостроенных пород-коллекторов оказывает заметное влияние на величину коэффициента вытеснения нефти водой, остаточное нефтенасыщение и характер кривых относительных фазовых проницаемостей, определяемых по данным анализа керна.

Апробация работы

Научные, методические и прикладные аспекты и результаты, использованные и полученные в диссертации, доложены на следующих конференциях и семинарах:

1. VII Международном технологическом симпозиуме «Новые технологии освоения и разработки трудноизвлекаемых запасов нефти и газа и повышения нефтеотдачи» (Москва, Институт нефтегазового бизнеса, 2008г.);

2. II Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» (Москва, ОАО «ВНИИнефть», 15-16 сентября 2009г.);

3. Научно-технической конференции «Актуальные проблемы геологических исследований и разработки месторождений» (Пермь, ООО «ПермНИПИ-нефть», 27-29 октября 2009г.);

4. VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальная проблема развития нефтегазового комплекса России» (Москва, РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, 1-3 февраля 2010г.);

5. Междунродной конференции «Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы» (Москва, РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, 27-28 мая 2010г.);

6. Семинаре НП НАЭН «Исходная информация для подсчета запасов и проектирования разработки месторождений нефти и газа» (Москва, май 2011 г.)

7. III Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» (Москва, ОАО «ВНИИнефть», 20-21 сентября 2011г.);

8. Всероссийской конференции с международным участием «Фундаментальные проблемы разработки месторождений нефти и газа» (Москва, ИПНГ РАН, 14-18 ноября 2011г.).

Результаты работы обсуждались на научных семинарах ИПНГ РАН, на заседании НТС ОАО «ЛУКОЙЛ».

Объем работы. Работа содержит введение, 5 глав текста, выводы и список используемой литературы. Общий объем работы составляет страниц, в том числерисунков,таблиц и список литературы изнаименований.

По теме диссертационной работы опубликовано 20 печатных работ, 6 из которых в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Работа выполнена в ИПНГ РАН и в филиалах ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» и «Пе-чорНИПИнефть».

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д.т.н., действительному члену РАЕН, проф. Михайлову H.H., который был идейным вдохновителем и постоянным наставником данной работы. Автор выражает глубокую признательность зам. директора по научной работе проф. Максимову В.М. за поддержку работы, с.н.с. ИПНГ РАН, к.г-м.н. Кузьмину В.А. за практическую помощь, заместителю директора по научной работе в области геологии филиала «ПечорНИПИнефть» д.г-м.н. Порошину В.Д. за помощь и поддержку. Автор благодарит начальника Центра исследования керна и пластовых флюидов филиала «ПермНИПИнефть» Серкина М.Ф., сотрудников ЦИКиПФ Рехачева П.Н., Попова H.A., Мелехина C.B. за поддержку работы и помощь в проведении экспериментов.