Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геоэкологическое обоснование прогноза фильтрационных и емкостных параметров сложно построенных коллекторов в процессе бурения

ВАК РФ 04.00.24, Экологическая геология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Валиуллина, Наталия Владимировна, Волгоград

Дочернее открытое акционерное общество "ВолгоградНИПИнефть'

На правах рукописи УДК 502.6:622.24:553.98.061.4:551.734 (470.45)

ВАЛИУЛЛИНА Наталия Владимировна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОГНОЗА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ И ЕМКОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНО ПОСТРОЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

Специальность: 04.00.24 - "Экологическая геология"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель,

доктор геолого-минералогических наук,

профессор А.В. Бочкарев

Волгоград »1998

СОДЕРЖАНИЕ

С.

Перечень используемых сокращений и условных обозначений...................................4

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................8

1. Геоэкологическая оценка методов исследований сложно построенных коллекторов в связи с обеспечением техногенной безопасности

решения эколого-геологических задач......................................................................13

1.1. Геоэкология - ведущее звено экологии нефтяной отрасли ............................14

1.2. Определение геоэкологически безопасного и информативного метода исследования скважин в процессе бурения.......................................................15

2. Особенности геологического строения девонских отложений Волгоградского Поволжья...........................................................................................27

2.1. Краткая тектоническая характеристика..............................................................27

2.2. Литолого-стратиграфическая характеристика разрезов...................................30

2.2.1. Франский ярус.............................................................................................32

2.2.2. Фаменский ярус...........................................................................................38

2.3. Нефтегазоносность..............................................................................................40

3. Анализ методик интерпретации сложно построенных коллекторов и оценка возможности их использования для обработки

данных пластоиспытателя..........................................................................................44

3.1. Метод Уоррена и Руута.......................................................................................46

3.2. Метод Сваана.......................................................................................................51

3.3. Метод Полларда-Пирсона...................................................................................60

3.4. Метод производных..............................................................................................71

3.5. Метод детерминированных моментов................................................................75

3.6. Влияние депрессии и репрессии испытания на состояние ПЗП......................76

4. Комплексная интерпретация данных пластоиспытателя для оценки структурных и фильтрационных характеристик

сложно построенных коллекторов.............................................................................83

4.1. Анализ диаграмм и графиков изменения давления..........................................83

4.2. Интерпретационные модели для оценки типа коллектора

и его фильтрационно-емкостных параметров....................................................92

4.3. Примеры использования интерпретационных моделей на практике.............100

4.3.1. Пример использования модели 1 для получения информации

по скв. 2-Северо-Ключевской..................................................................100

4.3.2. Пример определения характеристики девонских отложений

в скв. 2-Овражной.....................................................................................104

4.3.3. Комплексная характеристика карбонатных отложений

Романовской и Мирошниковской площадей...........................................107

5. Оценка промысловых характеристик объектов по данным трубных испытателей пластов.................................................................................115

5.1. Сопоставительный анализ данных исследований скважин пластоиспытателями и стационарными методами..........................................115

5.2. Разработка метода прогноза начального дебита фонтанирования нефтенасыщенных пластов...............................................................................120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................139

ЛИТЕРАТУРА...............................................................................................................141

Справка о внедрении разработок................................................................................153

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

А - коэффициент пропорциональности, а - коэффициент растворимости газа, м3/(м3 МПа). аб - параметр формы блоков матрицы, ой , а2 - соответственно, углы наклона конечного и начального участков "разностной кривой", мин"1. В - объемный коэффициент пластовой жидкости. рж - коэффициент сжимаемости пластового флюида, МПа"1.

(Зп, Рт - коэффициенты сжимаемости матричной и трещиноватой составляющих сложно построенного пласта, Мпа'1.

С, О - отрезки, отсекаемые на оси ординат "разностной кривой" конечным и начальным прямолинейными участками. Ор - вертикальное смещение между начальным и конечным

прямолинейными и параллельными участками графика КВД в координатах Р, 1д(1+ТЛ), МПа. й! - горизонтальное смещение между начальным и конечным

прямолинейными и параллельными участками графика, с! - безразмерный диагностический критерий. с1с - диаметр скважины, м. с1т - диаметр трубы, м. Г - газовый фактор, м3/м3.

ГИС - геофизическое исследование скважин. ГС - геологическая среда. у\ - изменяющаяся плотность потока по стволу скважины, г/см3. уэ - постоянная Эйлера.

Ун, у0 - соответственно, плотность нефти в пластовых условиях и при атмосферном давлении, г/см3. уг - плотность газа при атмосферном давлении, г/см3, е - погрешность определяемых параметров, %.

Ей^ ОРЧ - отношение продуктивностей пласта с нормальной и сниженной фильтрационной способностью прискважинной зоны.

f - знак функциональной зависимости.

Лп, Лф ~ соответственно, потенциальный и фактический коэффициенты

продуктивности, м3/(сут-МПа). О, Он - фактический средний дебит пластового флюида и нефти в период притока, м3/сут.

О,, Оквд - средний текущий дебит и дебит в конце периода притока, определяемые по кривой восстановления давления, м3/сут.

Оф - прогнозный начальный дебит фонтанирования, м3/сут. Ъ > Хп, Хо - соответственно, коэффициент пьезопроводности трещинной, поровой частей коллектора и сложно построенного пласта в целом, см2/с.

Н, Нпл. - соответственно, глубина скважины и глубина кровли пласта, м.

Н6 - глубина по стволу скважины, соответствующая буферному давлению, м

Н| - изменяющаяся глубина по стволу скважин, м.

АН - прирост глубины по стволу скважины, м.

И - толщина пласта, м.

1")П1, Ьц - общая толщина матричной и трещиноватой составляющих пласта, м.

I - тангенс угла наклона прямолинейных участков графика кривой восстановления давления, МПа/лог.цикла. ИПТ - испытатель пластов на трубах (пластоиспытатель). к, к/, к3, кн, кв - соответственно, проницаемость пласта, трещин, прискважинной зоны, нефте- и водонасыщенных пластов, мкм2. кт, кп - коэффициенты динамических емкостей трещин и матричных блоков

сложно построенного коллектора, доли ед. или %. КВД - кривая восстановления давления. (кИ/ц), (кЬ/(1)х - коэффициенты гидропроводности пласта и его наиболее проницаемой части, мкм2-см/(мПа-с).

I - размер матричных блоков, м.

X - коэффициент сопротивления трения единицы относительной длины трубы.

Хп - коэффициент перетока между средами различной пористости.

ц - вязкость пластового флюида в пластовых условиях, мПа-с.

М-н, м-в - соответственно, вязкость нефти и пластовой воды в пластовых условиях, мПа-с.

Мо > м-1 , м-2 > - детерминированные моменты нулевого, первого, второго и п-ого

цп порядков, МПа-сп+1. ОПТЯ - опасные природно-техногенные явления. ОС - окружающая среда. Р - текущее забойное давление в период восстановления давления, МПа. Pi - давление по стволу скважины при движении газожидкостной смеси, МПа. Рпл. - начальное пластовое давление, МПа. РЛр. - приведенное давление, МПа. Рн, Рб, Р3 - соответственно, давление насыщения, буферное, прогнозное

забойное давление фонтанирующей скважины, МПа. Рг, Рз - забойное давление в начале и конце периода притока, МПа. Рт - давление в конце периода притока, МПа. Рт/2 - среднее забойное давление в период притока, МПа. AP-i - потери давления на трение при движении жидкой фазы притока, МПа. AP2j - текущие потери на трение при движении газожидкостной смеси, МПа. APTi - общие потери на трение, МПа. АР| - приращение забойного давления за время Atä, МПа. APCp.i - среднее значение депрессии на пласт в интервале времени Atj, МПа. ДР3 - депрессия, затрачиваемая на зону со сниженной фильтрационной

возможностью пласта, МПа. АР - депрессия, прилагаемая к пласту, МПа. Рт - давление в трещинах, МПа. АРТ - изменение давления в трещинах, МПа. АР* - репрессия испытания, МПа.

Р0 - атмосферное давление, МПа. ПЗП - прискважинная зона пласта.

R3,R, RnP. - соответственно, радиус прискважинной зоны пласта, радиус пласта и приведенный радиус исследования пласта, м. Re - число Рейнольдса. гс - радиус скважины, см.

Э - скин-эффект.

Бт, Бп - емкости трещинной и матричной составляющих сложно построенного коллектора.

тт, плп - общая пористость, соответственно, трещин и блоков, доли ед. или %.

Тпр. - приведенная температура. Т - время притока, мин.

1 - соответственно, интервал и текущее время восстановления давления, мин.

^ , - время пересечения горизонтальной линии, проходящей через середину переходного участка, соответственно, с начальным и конечным прямолинейными участками графика, мин. V - время координаты первой точки, лежащей на конечном прямолинейном участке, мин.

^ - время отклонения графика давлений от начального прямолинейного участка, мин.

^ - время искажения графика давлений продолжающимся притоком, мин. - время, необходимое для квазистационарного режима фильтрации в блоках, мин. ^ - время выхода на конечную прямую, мин. ^ - текущее время искажения графика давлений, мин. Ц.! - среднее текущее время восстановления забойного давления по интервалам времени ДЪ , мин. х - время окончания переходного периода фильтрации, мин. 0 - параметр, определяющий состояние матрицы от изменения давления в

трещинах. \/п - подпакерный объем скважины, м3. Ут - динамическая емкость трещин-каверн, м3. \/к - объем кавернозности ствола скважины, м3 \/м - динамическая емкость пор матрицы, м3.

© - отношение емкости наиболее проницаемой среды к общей емкости

коллектора, г - коэффициент сверхсжимаемости газа.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Поиск, разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений, в силу специфики ведения горных работ, характеризуются мощным техногенным воздействием на геологическую среду. Особенно актуальна задача оценки масштабов техногенных изменений в районах разведки и разработки карбонатных трещиноватых пород. Месторождения со сложно построенными коллекторами имеют достаточно широкое распространение в нефтегазовых регионах и составляют значительную часть в общем балансе запасов нефти, обеспечивая существенный вклад в ее добычу. В Волгоградском Поволжье в последние годы открыто ряд новых месторождений с такими коллекторами: Добринское, Демьяновское, Памятно-Сасовское, Ново-Кочетковское, Ковалевское.

Техногенные изменения связаны, в основном, с фильтрационной деформацией пород при изменении напряженного состояния среды и давления жидкости, резко изменяющей фильтрационно-емкостные характеристики сложно построенных коллекторов.

В связи с этим возникает проблема прогнозирования таких коллекторов современными методами, обеспечивающими получение полной информации об исследуемых отложениях с минимальным нарушением состояния геологической среды.

Среди всех известных методов геоэкологически безопасным, решающим поставленную проблему, выбран метод пластоиспытателя на трубах.

Специфические геологические, физические, промысловые и геоэкологические особенности коллекторов со сложной структурой емкостного пространства ограничили перенос на них результатов, отработанных применительно к обычным залежам с гранулярными коллекторами. В силу ряда причин эта сложная проблема осталась менее изученной.

Известны научные рекомендации и методы, позволяющие надежно оценивать гидродинамические характеристики и потенциальные возможности карбонатных коллекторов. Вместе с тем для условий исследования скважин в процессе бурения пластоиспытателем на трубах практически отсутствуют методики, обеспечивающие высокую достоверность оценки промышленной значимости, фильтрационных и емкостных параметров сложно построенных коллекторов. Совершенствование

методов интерпретации результатов испытания пластоиспытателем в открытом стволе таких объектов направлено на обеспечение экологической безопасности и высокой эффективности поиска залежей, прирост запасов нефти и газа, расширение геоэкологической информативности и является весьма актуальным и экономически целесообразным.

Целью работы является выбор экологически наиболее безопасного метода исследований коллекторов и научная разработка новых и совершенствование известных методов оперативного получения информации о геологических, структурных, фильтрационных и промысловых характеристиках коллекторов для решения практических задач экологии, геологии и разработки месторождений (на примере девонских отложений Волгоградского Поволжья).

Основные задачи исследований:

1. Анализ техногенного влияния нефтегазовой отрасли на недра и окружающую среду и оценка возможностей пластоиспытателя как экологически безопасного, наиболее информативного и надежного метода исследования скважин в процессе бурения для решения задач сохранения природного уровня изменения геологической среды и прогнозирования опасных природно-техногенных явлений.

2. Анализ перспективности на нефть и газ девонских отложений Волгоградского Поволжья по особенностям геологического строения и результатам исследований их пластоиспытателем.

3. Изучение особенностей фильтрации в сложно построенных коллекторах и анализ методов получения гидродинамических и емкостных характеристик с учетом влияющих режимно-технологических факторов кратковременного исследования скважин пластоиспытателем.

4. Создание и опробование комплексного метода интерпретации данных исследования пластоиспытателем сложных по строению объектов.

5. Разработка метода . прогнозирования промысловых характеристик нефтенасыщенных пластов.

Научная новизна. Впервые рассмотрен экологический аспект метода исследования скважин пластоиспытателем.

Установлены рациональные режимно-технологические параметры испытания, обеспечивающие минимальное Техногенное влияние на объект исследования.

С учетом специфики испытания скважин в процессе бурения пластоиспытателем исследованы и усовершенствованы методы выделения и оценки сложно построенных коллекторов.

Впервые предложен и апробирован в Волгоградском Поволжье и других регионах универсальный интерпретационный комплекс получения экологических, геологических, структурных и фильтрационных характеристик карбонатных коллекторов.

Разработан эффективный метод прогнозирования промысловых параметров нефтенасыщенных пластов в процессе бурения.

Практическая ценность исследований определяется необходимостью всестороннего изучения перспективных в нефтегазоносном отношении девонских отложений Волгоградского Поволжья. Полученные результаты исследований нашли самое непосредственное практическое применение: это комплекс интерпретации данных пластоиспытателя для сложно построенных коллекторов, прогнозирование промысловых характеристик нефтенасыщенных пластов в процессе поиска и разведки месторождений, рекомендации по геоэкологически безопасному методу исследования скважин и режимным параметрам испытания карбонатных отложений, уменьшающим техногенную нагрузку на геологическую среду.

Совершенствование и разработка методов интерпретации данных испытания скважин пластоиспытателем позволяет повысить достоверность информации о продуктивности изучаемых отложений, типе и фильтрационно-емкостных параметрах коллекторов со сложной структурой порового пространства, необходимой для подсчета запасов, проектирования разработки месторождений и геоэкологического прогнозирования опасных природно-техногенных явлений.

Применение разработанных рекомендаций позволит увеличить на 15-20% число объектов с количественным определением параметров, избежать ошибок в оценке промышленной значимости и сократить объем техногенных влияний на коллектора.

Ценность выполненных исследований заключается еще и в том, что все основные решения базируются на параметрах, определяемых оперативно по данным испытания объектов пластоиспытателем в процессе поисково-разведочного бурения скважин, что значительно сокращает время техногенных влияний на геологическую среду. Почти все методические рекомендации конкретизированы для

девонских отложений Волгоградского региона, но могут быть использованы для решения промысловых и геоэкологических проблем в других районах страны.

Реализация в нефтяной отрасли. Основные положения, изложенные соискателем в диссертации, были применены при разработке «Методического руководства по оценке типа и гидродинамических параметров карбонатных нефтенасыщенных коллекторов» и метода прогнозирова