Дифференциация неоднородных коллекторов по фильтрационным свойствам

Ахметов, Вячеслав Нилович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Дифференциация неоднородных коллекторов по фильтрационным свойствам
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Дифференциация неоднородных коллекторов по фильтрационным свойствам"

На правах рукописи

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ПО ФИЛЬТРАЦИОННЫМ СВОЙСТВАМ

25.00.17

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

(

| АВТОРЕФЕРАТ

* диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2005

Работа выполнена в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти и Открытом Акционерном Обществе «Татнефтегеофизика»

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор, действительный член РАЕН Дияшев Расим Нагимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Котенев Юрий Алексеевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник Шишлова Людмила Михайловна

Ведущее предприятие: региональный научно-технический центр

ОАО «ВНИИнефть» (г. Бугульма)

Защита диссертации состоится 23 июня 2005 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 520.020.01 при открытом акционерном обществе научно-производственная фирма (ОАО НПФ) «Геофизика» по адресу 450005, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 8-е Марта, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика».

Автореферат разослан 23 мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета --ъ Д.А. Хисаева

-ч

шь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение фильтрационных свойств коллекторов имеет большое значение для построения петрофизических моделей обеспечивающих решение широкого спектра задач: от интерпретации материалов геофизических исследований скважин (ГИС) до обеспечения проектов разработки месторождений и подсчета запасов.

Весь фонд скважин, как правило, охватывается лишь геофизическими методами исследования, по которым определяются емкостные и фильтрационные характеристики коллекторов, используя петрофизические корреляционные связи между ними. Однако теснота этих связей, например, между пористостью и проницаемостью нередко весьма слабая. Между тем, точность определения фильтрационных свойств пластов, особенно послойно неоднородных коллекторов, имеет важное значение для практики интерпретации результатов геофизических исследований скважин, обоснования систем разработки, подсчета запасов, разработки мероприятий по повышению нефтеотдачи пластов и т.д.

Для условий девонских отложений нефтяных месторождений Татарстана характерна высокая послойная неоднородность фильтрационных свойств пластов. В то же время обширный материал петрофизических исследований, накопленный за время эксплуатации указанных отложений, позволяет перейти от простых статистических моделей петрофизических связей, построенных по принципу объект - зависимость, к дифференцированным, с применением физически обоснованного критерия разделения фильтрационных свойств.

Литолого-физическая основа подобного подхода заключается в том, что, во-первых, все многообразие литологических типов коллекторов представлено, в основном, их ограниченным количеством, которые преобладают в составе

пластов;

НлиИОг. I ЬИЬЛИОТЕКА

во-вторых, петрофизические свойства указанных типов перекрываются в

широком диапазоне, т е. могут иметь одни и те же величины;

в-третьих, все коллекторы имеют общий межгранулярный тип структуры

скелета, слагающего таким образом и однотипную структуру порового

пространства.

Получение более тесных зависимостей пористость - проницаемость, учитывающих различный фильтрационный тип коллектора - веление времени, поскольку действующие простые петрофизические модели не удовлетворяют современным требованиям и не решают задачи неоднозначности в связях проницаемость - пористость.

Полезность предлагаемых исследований, по мнению автора, заключается в том, что использование дифференцированных петрофизических моделей позволит более корректно проводить интерпретацию ГИС с целью определения фильтрационных характеристик послойно неоднородных пластов и как следствие обеспечить решение задач нефтепромысловой практики на основе более надежной информации.

Цель работы. Основной целью работы является дифференциация неоднородных терригенных коллекторов по фильтрационным свойствам и построение адекватных петрофизических моделей для обеспечения геолого-технологического моделирования и определения фильтрационных свойств коллекторов по результатам геофизических исследований скважин.

Основные задачи исследований:

1. Изучение особенностей фильтрационных свойств коллекторов девонских отложений на основе комплексного анализа петрофизических характеристик, определенных по результатам изучения кернового материала.

2. Обоснование критерия дифференциации неоднородных терригенных коллекторов по их фильтрационным свойствам с целью разрешения неоднозначности в зависимостях абсолютной проницаемости от пористости.

3. Разработка и обоснование методики идентификации коллекторов с различными фильтрационными характеристиками по результатам геофизических исследований скважин.

4 Изучение особенностей фазовых проницаемостей в коллекторах различного фильтрационного типа по результатам экспериментов, проведенных при моделировании пластовых условий.

Методы исследований. Задачи, поставленные в диссертационной работе, решены с помощью статистических методов и экспериментальных исследований на керновом материале.

Предметом исследований являются фильтрационные характеристики терригенных отложений девона месторождений Татарстана.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований:

1 Предложен и обоснован критерий дифференциации фильтрационных свойств терригенных коллекторов - индекс перколяции.

2. Выявлена закономерность распределения индекса перколяции для множества литологических типов терригенных коллекторов девонских отложений. На большом количестве анализов кернового материала показано, что в терригенных коллекторах девона выделяются коллектора со значениями индекса перколяции: менее 0,1 мкм, от 0,1 до 0,2 мкм и более 0,2 мкм. Для указанных типов коллекторов на примере различных площадей Ромашкинского, Ново-Елховского месторождений и месторождений прикамской группы Татарстана установлены дифференцированные зависимости проницаемости от пористости.

3. Предложена методика идентификации фильтрационных свойств коллекторов по результатам геофизических исследований скважин (ГИС).

4 По результатам экспериментов, проведенных при моделировании пластовых условий, получены относительные фазовые проницаемости для коллекторов различного фильтрационного типа

Основные защищаемые положения.

1 Критерий дифференциации фильтрационных свойств неоднородных терригенных коллекторов - индекс перколяции.

2 Методика построения дифференцированных зависимостей проницаемости по воздуху от пористости по результатам лабораторных исследований керна.

3. Методика идентификации фильтрационного типа коллектора по данным геофизических исследований скважин.

4. Зависимость фазовых проницаемостей по воде и нефти и коэффициента вытеснения в терригенных коллекторах смешанного типа смачиваемости от индекса перколяции (фильтрационного типа).

Практическая ценность работы. Проведенные исследования позволяют более корректно оценить фильтрационные характеристики неоднородных пластов с целью обеспечения работ по построению гидродинамических моделей, планированию мероприятий по увеличению нефтеотдачи пластов, интерпретации ГИС.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались

на:

1. Научно-практической конференции VII Международной выставки «Нефть,газ - 2000», ( Казань, 2000 г.).

2 Научно-практической конференции VIII Международной выставки «Нефть,газ Нефтехимия - 2001», ( Казань, 2001 г.)

3. Региональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы геологического изучения и освоения мелких нефтяных месторождений», (Ижевск, 2002 г.)

4 Международной научно-практической конференция «Ашировские чтения», (Самара, 2002 г.).

5 12-м Европейском симпозиуме «Повышение нефтеотдачи пластов», (Казань, 2003 г.).

6 Межрегиональной научно-практической конференции «Перспективы и эффективность разработки залежей нефти в карбонатных и слабопроницаемых коллекторах», (г Альметьевск, 2003 г )

7. Заседаниях секций Ученого Совета «ТатНИПИнефти» и Научно-технического Совета ОАО «Татнефть».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ и получен 1 патент РФ. В работе представлены результаты исследований, выполненных лично автором, а также в соавторстве с сотрудниками ОАО «Татнефтегеофизика» и ОАО «Татнефть».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников. Содержит 120 страниц машинописного текста, 52 рисунка, 24 таблицы, 107 библиографических ссылок.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т н., профессору, действительному члену РАЕН Дияшеву Р.Н. за помощь в процессе работы над диссертацией Автор выражает признательность д.т.н. Абдулмазитову Р.Г., к. г.-м. н. Хисамову Р.Б., Зевакину Н И. и к. г.-м. н. Губайдуллину A.A. за сделанные ими ценные замечания.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены основные задачи исследований, научная новизна, основные защищаемые положения и практическая ценность

В первой главе содержится анализ состояния исследований неоднородных терригенных коллекторов с точки зрения их дифференциации по фильтрационным свойствам.

Решению этой проблемы посвящены работы отечественных и зарубежных ученых Фундаментальные исследования в этой области принадлежат Козени,

С.Д.Пирсону, С. Баклею, М. Леверетту, X Уэлджу, Е Джонсону, Д Бослеру, В Наумэну, Н Бурдайну, Л Рапопорту, В Лиасу, Л И.Вайнеру, Е.М Минскому

Большой вклад в развитие методов исследования и описания процессов фильтрации в пористых средах внесли Е.С Ромм, Л Е. Кнеллер, Р.Н. Дияшев, В.Д. Лысенко, И.Ф. Глумов, Б.И. Тульбович, Г.Г.Вахитов, А.Г. Ковалев, Гиматудинов Ш.К., А.В.Берлин, A.B. Мальшаков, В.А. Ефимов, В.Н. Рындин, А.Н. Плохотников, И.С. Джафаров, С.Ф. Хафизов, П.Е. Сынгаевский, М.М. Элланский, В.В. Кадет, A.A. Максименко, М.Л. Сургучев, Ю.В. Желтов, Э.М. Симкин, С. Джонс, И. Чанг, X Салиш, Е.Федер, В. Андерсон, Р. Слобод и другие.

Среди основных направлений дифференциации фильтрационных свойств неоднородных коллекторов можно выделить следующие:

формализованый подход, предоставляющий готовую и однозначную формулу зависимости пористости от проницаемости;

литолого-статистический подход, подразумевающий построение статистических зависимостей по результатам исследования керна для конкретного объекта (как правило, горизонт, пласт, месторождение или залежь);

- формализованный на основе элементов теории перколяции и фрактальной геометрии, предлагающий алгоритм ""расчета на основе фрактально-статистических представлений о структуре порового пространства и движения фильтрационного потока.

Наиболее перспективным, на наш взгляд, является направление, в котором реализован комплекс геологического, литологического и физического анализа объекта исследований.

Вторая глава работы посвящена анализу петрофизических свойств объектов исследований на примере девонских отложений Ромашкинского и Ново-Елховского месторождений Татарстана.

Рис. 1. Частотные распределения проницаемости песчаных и алевролитовых пород горизонта Д1 Ромашкинского месторождения

0,35 -т

оло -

Я 0,25 -

ч л 0,20 -

о 0,15 -

В" 0,10 -

0,05 -

0,00 *

О 20 40 60 80 100

остаточная водонасыщенность, %

• песчаная группа ■

■ алсвролитовая группа

Рис. 2. Частотные распределения остаточной водонасыщенности песчаных и алевролитовых пород горизонта Д1 Ромашкинского месторождения Показано, что при наличии всего спектра литологических разностей основных типов пород (песчаники, алевролиты, аргиллиты), слагающих девонские

отложения месторождений Татарстана, общие распределения основных петрофизических параметров - пористости, проницаемости по воздуху, остаточной водонасыщенности, носят одномодальный характер. Данное обстоятельство говорит о том, что породы, представленные различными литологическими разностями, обладают примерно одинаковым спектром петрофизических свойств

На примере распределений величин проницаемостей по воздуху и пористости, построенных по результатам анализа керна (более 20000 образцов) показано, что, несмотря на имеющиеся отличия статистических характеристик (мода, среднее, медиана) приведенных распределений, основная масса значений указанных петрофизических параметров принадлежит одним и тем же интервалам (рис 1 и 2) Иначе говоря, дифференциация фильтрационных свойств коллекторов только по литологическому признаку не возможна.

В третьей главе рассмотрены вопросы выбора и обоснования критерия дифференциации неоднородных терригенных коллекторов по фильтрационным свойствам.

Основываясь на результатах предшествующих работ отечественных и зарубежных исследователей, предложен критерий дифференциации фильтрационных свойств коллекторов - индекс перколяции (1р):

где' к„р - значение абсолютной проницаемости, 10"3 мкм2, к„ - значение пористости, доли единицы,

а - константа, учитывающая геометрию поровых каналов и форму элементов укладки (зерен).

между выделенными группами объясняется также наличием коллекторов, попадающих по своим фильтрационным свойствам в переходные зоны

Изучение гранулометрических характеристик коллекторов и распределений пор по размерам (рис 4) показало тесную связь последних с величиной индекса перколяции. Это позволило сделать вывод о том, что предложенный критерий действительно отражает фильтрационные свойства породы и несет в себе информацию о принадлежности коллектора к определенной группе, для которой имеется своя зависимость абсолютной проницаемости от пористости

0,5 1,3 2,5 6 20 65

диаметр каналов, мкм

в 1р<=0,1 □ 0,1<1р<-=0,2 ш 1р>0,2 ^

Рис. 4. Распределение размеров фильтрующих каналов по типам коллекторов для пород горизонта Д1 Ново-Елховской площади Для указанных площадей были достроены зависимости проницаемости по воздуху от пористости по керновым данным, с использованием дифференциации фильтрационных свойств коллекторов по индексу перколяции. Полученные зависимости характеризуются высокой степенью связи (табл.1). Проведенные сравнения дифференцированных зависимостей с зависимостями по стандарту предприятия показали, что недифференцированные зависимости являются более грубой оценкой и представляют собой усредненные характеристики последних.

Таблица 1

Аналитические выражения дифференцированных зависимостей проницаемости __по воздуху от пористости по керну для терригенных пород__

Объект Индекс перколяции Число образцов Уравнение рсгресси Коэффициент корреляции

Ново-Елховская площадь >0 2 0,1-0,2 <0,1 805 846 390 0,121*Кп 0,006*Кп 364 0,00002*Кп 4-9í 0,850 0,910 0,870

Ромашкинскос месторождение, Абдрахмановская площадь >0 2 0,1 -0,2 <0,1 943 1180 398 0,3196*Кп"л 0,0039»Кп 1790 0,0000029*Кп 5634 0,800 0,919 0,853

Ромашкинское месторождение, Азнакаевская площадь >0 2 0,1 -0,2 <0,1 373 408 60 0,133*Кп"42 0,0035*Кп 3 806 0,000007*Кп 5 461 0,800 0,860 0,904

Прикамская группа месторождений >0 2 0,1 -0,2 <0,1 605 399 513 0 110* KII3№" 0 0191*Кп3218 0 000497*Кп 3 531 0,982 0,991 0,806

Четвертая глава посвящена изучению и решению проблемы идентификации фильтрационных свойств неоднородных коллекторов по результатам геофизических исследований скважин.

Опираясь на изучение петрофизических свойств терригенных коллекторов по керну, построена зависимость индекса перколяции от остаточной водонасыщенности (рис 5, табл. 2), с целью обеспечения ГИС ключом к распознаванию фильтрационного типа коллектора, для применения дифференцированных зависимостей проницаемости от пористости и выделения в разрезе скважины зон с различным фильтрационным потенциалом. На примере конкретных скважин, где имелся вынос керна и были проведены петрофизические исследования, проведено определение проницаемости по стандартной методике и с использованием дифференцированных зависимостей (рис 6). Полученные результаты показали, что применение дифференциации коллекторов по индексу перколяции, более точно отражает реальную картину распределения фильтрационных свойств неоднородного пласта. Причем, чем более неоднороден пласт по толщине, тем большее расхождение между

Рис 6. Фильтрационная характеристика терригенных коллекторов девона по разрезу скв. 24554 Азнакаевской площади по керну и ГИС

Пятая глава посвящена изучению особенностей фазовых проницаемостей по воде и нефти в условиях неоднородных коллекторов девона на основе экспериментов проведенных на керновом материале с моделированием пластовых условий.

Эксперименты проведены автором в лаборатории петрофизических исследований «ТатНИПИнефти» на уникальной установке AFS-300 производства фирмы "Core Lab" позволяющей моделировать пластовое и '

горное давления и температуру. Высокоточные приборы и системы входящие в состав установки обеспечивают высокий уровень качества экспериментов. <

По результатам экспериментов установлено, что для коллекторов с различными фильтрационными свойствами, выделенными по индексу перколяции, наблюдается обособленный характер относительных фазовых проницаемостей (рис. 7).

для коллекторов с различным фильтрационным потенциалом

Установлено, что при прочих равных условиях, эффективность вытеснения максимальна для коллекторов с высокими фильтрационными свойствами и хорошей сортировкой зерен скелета породы Этим условиям соответствуют коллекторы со значением индекса перколяции от 0,20 мкм до 0,24 мкм (рис 8)

н х

0,00 0,05 0,10 0,15 ОД) 0,25 0,30 индекс перколяции, мкм

Рис. 9. Тренд температурного инкремента коэффициента вытеснения от индекса перколяции На ряде образцов керна проведены эксперименты при различных температурах фильтруемых флюидов (в интервале 30°С - 35°С). При этом установлено что, при снижении температуры на 5°С, снижение эффективности вытеснения тем

выше, чем лучше фильтрационная характеристика образца (рис. 9) Эксперимент проведенный на образце в интервале температур от 26°С до 30°С, показал практическое отсутствие изменения коэффициента вытеснения Образец на котором проведен эксперимент характеризуется высокими фильтрационно-емкостными свойствами (пористость - 23,87 %, проницаемость по воздуху - 1600,7*10'3 мкм2, индекс перколяции 0,259) (рис. 9, обр. 1/32843).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

•

1 Установлено, что литологические и петрофизические характеристики неоднородных терригенных коллекторов девонских отложений месторождений Татарстана обладают взаимной инвариантностью. Это означает, что породы различных литологических групп обладают приблизительно одинаковым спектром фильтрационно-емкостных свойств- пористости, проницаемости по воздуху, остаточной водонасыщенности. Значимые отличия параметров наблюдаются в средних оценках и поэтому успешно применимы для решения задач, использующих интегральные характеристики объектов 2. На основе анализа лабораторных исследований керна из терригенного девона различных площадей нефтяных месторождений Татарстана (Абдрахмановская, Азнакаевская, Ново-Елховская, Бондюжская, Кадыровская, <

Первомайская, Шийская и Зычебашская), выявлена общая закономерность в распределении комплексного параметра - индекса перколяции 3 Построены дифференцированные зависимости проницаемости по воздуху от пористости для различных объектов Полученные зависимости характеризуются высокими значениями коэффициентов корреляции (не менее 0,8) и соответсвуют установленным интервалам изменения индекса перколяции: < 0,1 мкм; 0,1 - 0,2 мкм и > 0.2 мкм.

4 Установлено, что индекс перколяции тесно связан с характером распределения пор по размерам. При возрастании величины индекса

перколяции, распределения пор по размерам смещаются в сторону увеличения доли больших пор и наоборот

5. Разработана методика идентификации фильтрационных свойств терригенных коллекторов по результатам геофизических исследований скважин, основанная на установленной связи между индексом перколяции и остаточной водонасыщенностью по результатам исследований кернового материала

технологии дифференциации коллекторов по индексу перколяции позволяет получить реальную характеристику фильтрационной неоднородности терригенных коллекторов девонских отложений.

6. По результатам проведенных экспериментальных исследований при моделировании пластовых условий на образцах пород с различными фильтрационно-емкостными свойствами и типом смачиваемости показано, что в породах с близкими свойствами поверхности по типу смачиваемости, определяющим фактором является структура порового пространства, особенности которой достаточно достоверно характеризуются величиной индекса перколяции

Установлено, что при прочих равных условиях, эффективность вытеснения

максимальна для коллекторов с высокими фильтрационными свойствами и хорошей сортировкой зерен скелета породы. Этим условиям соответствуют * коллекторы с индексом перколяции от 0,20 мкм до 0,24 мкм.

Из данных экспериментов проведенных при различных температурах следует, что снижение температуры пластовых флюидов на 5°С (в интервале 30С - 35С) вызывает уменьшение коэффициента вытеснения на величину от 4,1 % до 22,5 % абсолютных. При этом снижение эффективности вытеснения тем выше, чем лучше фильтрационная характеристика порового пространства.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

]. Р Н.Дияшев, А.Асклу, В.Н.Ахметов. Дифференциация терригенных коллекторов с использованием индекса перколяции для последующей корреляции их фильтрационных свойств / Казань: Георесурсы, - 2000 -№ 2(3).-С.32-35.

2 Р.НДияшев, В Н.Ахметов, А.Асклу Дифференциация неоднородных терригенных коллекторов с целью обоснования методов воздействия. // Труды научно-практической конференции VII Международной выставки «Нефть, газ -2000» г.Казань, 5-7 сентября 2000. // Казань, 2000.-С. 242-248.

3. Р Н.Дияшев, А.Асклу, В Н.Ахметов. Потенциальная продуктивность нефтенасыщенных пластов' новый метод определения. / Новейшие методы увеличения нефтеотдачи пластов - теория и практика их применения // Тезисы научно-практической конференции VIII Международной выставки «Нефть, газ Нефтехимия - 2001», г. Казань, 5-8 сентября 2001.// Казань, 2001, - С.202-203.

4. Р.Н.Дияшев, Нафиков А.З., В.Н.Ахметов, А.Асклу. Методика распознавания коллекторов по данным керна и ГИС. // Материалы региональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы геологического изучения и освоения мелких нефтяных месторождений» г. Ижевск, 4-5 октября 2001.//Ижевск.-2002.-С.174- 176.

5. Р.Н.Дияшев, В.Н.Ахметов, А.Асклу. Анализ характера фазовых проницаемостей по воде и нефти при моделировании пластовых условий // Тезисы международной научно-практической конференции, г Самара, 23-24 октября 2002. // Самара, - 2002, - С. 49.

6. P.C. Хисамов, Р.Н. Дияшев, В.Н. Ахметов, А. Асклу. Относительные фазовые проницаемости неоднородных коллекторов' результаты расчетов и экспериментов. / Повышение нефтеотдачи пластов. Освоение трудноизвлекаемых запасов // Труды 12-го Европейского симпозиума

«Повышение нефтеотдачи пластов», г. Казань, 8-10 сентября 2003 // Казань,

2003.-С. 696 -701.

7 Патент 2211329 РФ МКИ. Е 21 В 47/10, 49/00. Способ определения потенциального дебита скважины / Р Н. Дияшев, В Н Ахметов, А Асклу /-М.: Бюл. Изобретения. Полезные модели -2003.-№ 24(111 ч.) - С.753.

8 ВЫ Ахметов, А. Асклу. Идентификация проницаемости коллекторов сложного строения по данным керна и ГИС для прогнозирования продуктивности скважин. / Перспективы и эффективность разработки залежей нефти в карбонатных и слабопроницаемых коллекторах. // Тезисы межрегиональной научно-практической конференции г. Альметьевск, 21-23 августа 2003 // Альметьевск, 2003.-С.19.

9. В Н.Ахметов. Анализ экспериментальных исследований фильтрационных свойств коллекторов порово-трещинно-кавернозного типа. // Тезисы международной научно-практической конференции, - г. Самара, 25-26 октября

2004. // Самара, 2004.-С. 138.

10. В.Н Ахметов, А. Асклу, Р.Н. Дияшев, В.М. Хусаинов. Идентификация фильтрационных свойств неоднородных коллекторов по результатам геофизических исследований скважин. / Тверь: НТВ «Каротажник».- 2005.-№ 2(129). -С. 121-133.

Подписано в печать 20 мая 2005 года. Формат 60X84/16. Бумага офсетная. Печати оперативная.

Об^ем 1 п.л. Тир^ЦС 100 экз. Заказ №762 423236 Республика Татарстан, г.Бугул^ма, ул.К Маркса, 32 Бугул^минская типография

РНБ Русский фонд

2006-4 6283

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ахметов, Вячеслав Нилович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Моделирование фильтрационных свойств неоднородных коллекторов: литературный обзор и постановка задачи исследований

1.1 Функциональные модели проницаемости

1.2 Статистические модели проницаемости литолого- 14 стратиграфического типа

1.3 Фрактальные модели проницаемости.

1.4 Выводы

Глава 2. Общий анализ петрофизических характеристик 21 терригенных коллекторов девонских отложений.

2.1 Общая литологическая характеристика терригенных пород 21 2.2. Обзор традиционных петрофизических моделей пластов горизонта Д

2.3 Выводы

Глава 3. Дифференциация неоднородных коллекторов по фильтрационным свойствам

3.1 Выбор критерия дифференциации фильтрационных свойств 38 неоднородных коллекторов

3.2 Анализ петрофизических свойств неоднородных коллекторов 44 в связи с их дифференциацией по индексу перколяции

3.2.1 Анализ распределений основных петрофизических 44 параметров неоднородных коллекторов

3.2.2 Анализ гранулометрических и порометрических 45 характеристик неоднородных коллекторов

3.3 Дифференцированные зависимости проницаемости по 58 воздуху от пористости

3.4 Выводы

Глава 4. Методика применения индекса перколяции при 63 интерпретации данных геофизических исследований скважин (ГИС)

4.1 Обоснование применения критерия распознавания 63 неоднородных коллекторов по данным геофизических исследований скважин

4.2 Дифференциация фильтрационных свойств коллекторов по 68 данным геофизических исследований скважин (ГИС)

4.3 Выводы

Глава 5. Изучение фазовых проницаемостей в коллекторах 82 различного фильтрационного типа

5.1. Основные теоретические положения и задачи экспериментальных исследований

5.2. Методика и аппаратура проведения исследований фазовых 94 проницаемостей при моделировании пластовых условий я* 5.3. Результаты экспериментальных исследований фазовых 99 проницаемостей неоднородных терригенных коллекторов

5.4. Анализ результатов лабораторных экспериментов

5.5 Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Дифференциация неоднородных коллекторов по фильтрационным свойствам"

Изучение фильтрационных свойств коллекторов имеет большое значение для построения петрофизических моделей обеспечивающих решение широкого спектра задач: от интерпретации материалов геофизических исследований скважин (ГИС) до обеспечения проектов разработки месторождений и подсчета запасов.

Весь фонд скважин, как правило, охватывается лишь геофизическими методами исследования, по которым определяются емкостные и фильтрационные характеристики коллекторов, используя петрофизические корреляционные связи между ними. Однако теснота этих связей, например, между пористостью и проницаемостью нередко весьма слабая. Между тем, точность определения фильтрационных свойств пластов, особенно послойно неоднородных коллекторов, имеет важное значение для практики интерпретации данных геофизических исследований скважин, обоснования систем разработки, подсчета запасов, разработки мероприятий по повышению нефтеотдачи пластов и т.д.

Несмотря на большое количество исследований, посвященных дифференциации фильтрационных свойств неоднородных терригенных коллекторов, в условиях Татарстана до сих пор доминирует простой способ связи абсолютной проницаемости и пористости. Статистические зависимости, построенные по результатам анализа керна либо в целом по горизонту, либо по отдельному объекту (месторождение, горизонт, пласт), не решают проблему неоднозначности в зависимостях проницаемости от пористости.

Для условий девонских отложений нефтяных месторождений Татарстана характерна высокая послойная неоднородность фильтрационных свойств пластов. В то же время обширный материал керновых исследований, накопленный за время эксплуатации указанных отложений, позволяет перейти от простых статистических моделей петрофизических связей построенных по принципу объект - зависимость, к дифференцированным, с применением физически обоснованного критерия разделения объектов по фильтрационным свойствам.

С определенной долей условности, можно выделить следующие основные направления дифференциации неоднородных коллекторов по фильтрационным свойствам: формализованный подход, представляющий однозначную формулу зависимости пористости от проницаемости; литолого-статистический подход, подразумевающий построение статистических зависимостей по результатам исследования керна из конкретного объекта (как правило, горизонт, пласт, месторождение или залежь);

- формализованный на основе элементов теории перколяции и фрактальной геометрии, предлагающий алгоритм расчета на основе фрактально-статистических представлений о структуре порового пространства и движения фильтрационного потока.

Литолого-физическая основа подобного подхода заключается в том, что:

- все многообразие литологических типов коллекторов представлено в основном их ограниченным количеством, которые преобладают в составе пластов;

- петрофизические свойства указанных типов перекрываются в широком диапазоне, т.е. могут иметь одни и те же величины; терригенные коллекторы имеют общую структуру скелета — межгранулярный тип, слагающую таким образом и однотипную структуру порового пространства.

Получение более тесных зависимостей пористость — проницаемость, учитывающих различный фильтрационный тип коллектора - веление времени, поскольку действующие простые петрофизические модели не удовлетворяют требованиям современной интерпретации ГИС и не решают задачи неоднозначности в связях проницаемость - пористость.

Основной целью работы является дифференциация неоднородных терригенных коллекторов по фильтрационным свойствам и построение адекватных петрофизических моделей для обеспечения геолого-технологического моделирования и определения фильтрационных свойств коллекторов по результатам геофизических исследований скважин.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:

2. Обоснование критерия дифференциации неоднородных терригенных коллекторов по их фильтрационным свойствам, с целью построения более тесных зависимостей абсолютной проницаемости от пористости.

4. Изучение особенностей фазовых проницаемостей в коллекторах различного фильтрационного типа по результатам экспериментов, проведенных при моделировании пластовых условий.

Задачи, поставленные в диссертационной работе, решены с помощью статистических методов и экспериментальных исследований на керновом материале.

Предметом исследований являются фильтрационные характеристики терригенных коллекторов девона нефтяных месторождений Татарстана.

В работе рассмотрены и критически проанализированы основные методологические подходы в решении задач оценки фильтрационных свойств коллекторов.

На примере обширного материала керновых исследований терригенных пород Татарстана показано, что основные литологические типы пород продуктивных отложений девона обладают петрофизической инвариантностью. Петрофизические характеристики пород (пористость, проницаемость по воздуху, остаточная водонасыщенность) для разных литологических типов перекрываются в широком диапазоне.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований:

1. Предложен и обоснован критерий дифференциации фильтрационных свойств терригенных коллекторов — индекс перколяции.

4. По результатам экспериментов, проведенных при моделировании пластовых условий, получены относительные фазовые проницаемости для коллекторов различного фильтрационного типа.

Основные защищаемые положения.

1. Критерий дифференциации фильтрационных свойств неоднородных терригенных коллекторов - индекс перколяции.

2. Методика построения дифференцированных зависимостей проницаемости по воздуху от пористости по результатам лабораторных исследований керна.

3. Методика идентификации фильтрационного типа коллектора по данным геофизических исследований скважин.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Ахметов, Вячеслав Нилович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Установлено, что литологические и петрофизические характеристики неоднородных терригенных коллекторов девонских отложений месторождений Татарстана обладают взаимной инвариантностью. Это означает, что породы различных литологических групп обладают приблизительно одинаковым спектром фильтрационно-емкостных свойств: пористости, проницаемости по воздуху, остаточной водонасыщенности. Значимые отличия параметров наблюдаются в средних оценках и поэтому успешно применимы для решения задач, использующих интегральные характеристики объектов.

2. На основе анализа лабораторных исследований керна из терригенного девона различных площадей нефтяных месторождений Татарстана (Абдрахмановская, Азнакаевская, Ново-Елховская, Бондюжская, Кадыровская, Первомайская, Шийская и Зычебашская), выявлена общая закономерность в распределении комплексного параметра - индекса перколяции.

3. Построены дифференцированные зависимости проницаемости по воздуху от пористости для различных объектов. Полученные зависимости характеризуются высокими значениями коэффициентов корреляции (не менее 0,8) и соответсвуют установленным интервалам изменения индекса перколяции: < 0,1 мкм; 0,1 - 0,2 мкм и > 0.2 мкм.

4. Установлено, что индекс перколяции тесно связан с характером распределения пор по размерам. При возрастании величины индекса перколяции, распределения пор по размерам смещаются в сторону увеличения доли больших пор и наоборот.

На примере детальных исследований по скв.24554 Азнакаевской площади, проведенных для интервала со 100%-ным отбором керна, показано, что даже при минимальной конфигурации геофизического комплекса, использование технологии дифференциации коллекторов по индексу перколяции позволяет получить реальную характеристику фильтрационной неоднородности терригенных коллекторов девонских отложений.

Установлено, что при прочих равных условиях, эффективность вытеснения максимальна для коллекторов с высокими фильтрационными свойствами и хорошей сортировкой зерен скелета породы. Этим условиям соответствуют коллекторы с индексом перколяции от 0,20 мкм до 0,24 мкм.

Из данных экспериментов проведенных при различных температурах следует, что снижение температуры пластовых флюидов на 5°С (в интервале 30С — 35С) вызывает уменьшение коэффициента вытеснения на величину от 4,1 % до 22,5 % абсолютных. При этом снижение эффективности вытеснения тем выше, чем лучше фильтрационная характеристика порового пространства.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Р.Н.Дияшев, А.Аскпу, В.Н.Ахметов. Дифференциация терригенных коллекторов с использованием индекса перколяции для последующей корреляции их фильтрационных свойств. / Казань: Георесурсы, - 2000. -№ 2(3).-С.32 -35.

2. Р.Н.Дияшев, В.Н.Ахметов, А.Асклу. Дифференциация неоднородных терригенных коллекторов с целью обоснования методов воздействия. // Труды научно-практической конференции VII Международной выставки «Нефть, газ - 2000» г.Казань, 5-7 сентября 2000. // Казань, 2000.-С. 242-248.

3. Р.Н.Дияшев, А.Асклу, В.Н.Ахметов. Потенциальная продуктивность нефтенасыщенных пластов: новый метод определения. / Новейшие методы увеличения нефтеотдачи пластов — теория и практика их применения. // Тезисы научно-практической конференции VIII Международной выставки «Нефть, газ. Нефтехимия - 2001», г. Казань, 5-8 сентября 2001.// Казань, 2001, - С.202-203.

5. Р.Н.Дияшев, В.Н.Ахметов, А.Асклу. Анализ характера фазовых проницаемостей по воде и нефти при моделировании пластовых условий. // Тезисы международной научно-практической конференции, г. Самара, 23-24 октября 2002. // Самара, - 2002, - С. 49.

6. P.C. Хисамов, Р.Н. Дияшев, В.Н. Ахметов, А. Асклу. Относительные фазовые проницаемости неоднородных коллекторов: результаты расчетов и экспериментов. / Повышение нефтеотдачи пластов. Освоение трудноизвлекаемых запасов. // Труды 12-го Европейского симпозиума «Повышение нефтеотдачи пластов», г. Казань, 8-10 сентября 2003. // Казань, 2003.-С. 696-701.

7. Патент 2211329. РФ. МКИ. Е 21 В 47/10, 49/00. Способ определения потенциального дебита скважины / Р.Н. Дияшев, В.Н. Ахметов, А. Асклу /М.: Бюл. Изобретения. Полезные модели -2003.-№ 24(111 ч.) - С.753.

8. В.Н. Ахметов, А. Асклу. Идентификация проницаемости коллекторов сложного строения по данным керна и ГИС для прогнозирования продуктивности скважин. / Перспективы и эффективность разработки залежей нефти в карбонатных и слабопроницаемых коллекторах. // Тезисы межрегиональной научно-практической конференции г. Альметьевск, 21-23 августа 2003. // Альметьевск, 2003.-С.19.

9. В.Н.Ахметов. Анализ экспериментальных исследований фильтрационных свойств коллекторов порово-трещинно-кавернозного типа. // Тезисы международной научно-практической конференции, - г. Самара, 25-26 октября 2004. // Самара, 2004.-С. 138.

10. В.Н. Ахметов, А. Асклу, Р.Н. Дияшев, В.М. Хусаинов. Идентификация фильтрационных свойств неоднородных коллекторов по результатам геофизических исследований скважин. / Тверь: НТВ «Каротажник».- 2005.-№ 2(129). -С. 121 - 133.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ахметов, Вячеслав Нилович, Уфа

1. С.Д.Пирсон. Учение о нефтяном пласте, пер. с англ., М., Гостоптехиздат, 1961

2. М.М.Элланский. Единая теоретическая модель абсолютной, эффективных и фазовых проницаемостей продуктивных отложений с межгранулярным типом пустот. // Изв. РАЕН. Наука и технология углеводородов №1, 2001,с. 48-54.

3. Grain E.R. «Calculating permeability, productivity, reservoir volume, and cashflow» //The Log Analysis Handbook, 1986,vol. 1, № 3, p. 294-322.

4. И.С.Джафаров, С.Ф. Хафизов, П.Е. Сынгаевский. Модели оценки проницаемости по данным каротажа методом ядерно-магнитного резонанса в сильном магнитном поле. // Геология и геологоразведочные работы, № 12,2002

5. Е.Федер. Фракталы, пер. с англ., М., Мир, 1991

6. В.В. Кадет, А.А. Максименко. Принципы аналитического описания течения жидкости в решетчатых моделях пористых сред. // Механика жидкости и газа, № 1, 2000, с. 79-83.

7. В.Н.Кобранова, Б.И. Извеков, С.Л. Пацевич, М.Д. Шварцман. Определение петрофизических характеристик по образцам. Под ред. В.Н. Дахнова, М., Недра, 1977

8. В. А. Бабадаглы, Т.С. Изотова, И.В. Карпенко, Е.В. Кучерук. Литологическая интерпретация геофизических материалов при поисках нефти и газа. М., Недра, 1988.

9. Бродский А.Л. Влияние особенностей структуры порового пространства на фильтрационные характеристики низкопроницаемых коллекторов Красноленинского свода. Дисс. канд. геолого-минераАогических наук. М., 1989.

10. А.В. Мальшаков, В.А. Ефимов. Проницаемость и перколяционные свойства порового пространства осадочных горных пород. //Инженерно-физический журнал, том 61, № 4, октябрь 1991, с. 635 -639.13

Информация о работе

Ахметов, Вячеслав Нилович
кандидата технических наук
Уфа, 2005
ВАК 25.00.17

Диссертация

Дифференциация неоднородных коллекторов по фильтрационным свойствам - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы