Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Масштабные и анизотропные эффекты при экспериментальном изучении физических свойств сложнопостроенных карбонатных коллекторов

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Масштабные и анизотропные эффекты при экспериментальном изучении физических свойств сложнопостроенных карбонатных коллекторов"

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ НЕФТИ И ГАЗА РАН

ГУРБАТОВА ИРИНА ПАВЛОВНА

МАСШТАБНЫЕ И АНИЗОТРОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛОЖНОПОСТРОЕННЫХ КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Специальность: 25.00.17 — Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи УДК 622.276.5.1/4

005010419

Москва-2011 год

005010419

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт проблем нефти и газа РАН.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Михайлов Николай Нилович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дмитриев Николай Михайлович РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина

доктор геолого-минералогических наук, профессор Дьяконова Татьяна Федоровна ОАО «Центральная геофизическая экспедиция»

Ведущая организация:

ОАО «ВНИИнефть»

им. академика А.П.Крылова

Защита состоится 29 февраля 2012 г. в 15 часов на заседании Диссертационного совета Д.002.076.01 Учреждения Российской академии наук Институт проблем нефти и газа РАН в зале Ученого Совета ИПНГ РАН (119333, г.Москва, ул. Губкина, д.З, ИПНГ РАН).

С диссертацией можно ознакомиться у ученого секретаря Диссертационного Совета ИПНГ РАН. Автореферат размещен на интернет-сайте ИПНГ РАН www.ipng.ru. и Министерства образования и науки Российской Федерации www.mon.gov.ru. Отзывы на автореферат можно присылать по адресу: 119333,

г.Москва, ул. Губкина, д.З, ИПНГ РАН.

Автореферат разослан 24 января 2012 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета,

кандидат технических наук М.Н. Баганова

Общая характеристика работы

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, и проведения специальных научно-исследовательских работ. 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 кавернозности. 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 изотропных 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 на различных масштабных уровнях.

В настоящее время практически полностью отсутствуют методики лабораторного изучения петрофизических свойств пород на полномасштабных кернах, или данные методики опираются на устаревшие положения и необходимы 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 коллектора.

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

5. Разработка технико- 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 фильтрационноемкостных 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. Для изучаемых объектов выявлен уникальный эффект влияния размеров исследуемых образцов керна на результаты определения физических свойств.

3. На основе микроструктурного анализа установлено, 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 зна-

чений 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. Показано различие широкого набора физических свойств (пористость, остаточная водонасьпценность, 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 вид функций относительных фазовых проницаемостей.

Связь с планами НИР

Работа выполнялась в соответствии с программами фундаментальных исследований РАН (Программа Президиума РАН №24) и программой научнотехнических 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 ГИС.

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

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

5. Исследования по разработанной методике на азимутальноориентированном керне позволит установить пространственное распределение характеристик коллекторов, выявить тенденции изменения пористости и проницаемости в залежи.

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

3. Сопротивления 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 симпозиумах:

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 «ПермНИПИнефть», 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 131 страница, в том числе 88 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 77 наименований.

По теме диссертационной работы опубликовано 20 печатных работ, 7 из которых в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

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 за помощь и поддержку зам. Директора ИПНГ РАН по научной работе д.т.н. проф. Максимову В.М.; с.н.с. к.г-м.н. Кузьмину В.А. ИПНГ РАН; зам. директора по научной работе в области геологии филиала «ПечорНИПИнефть» д.г-м.н. Порошину В.Д.; зам. директора по научной работе в области геологии филиала «ПермНИПИнефть» к.г-м.н. Яковлеву Ю.А.; начальнику Центра исследования керна и пластовых флюидов Сер-кину М.Ф., сотрудникам ЦИКиПФ Рехачеву П.Н., Попову H.A., Мелехину С.В.

Содержание работы

Во введении показана актуальность, цели, взаимосвязь с предыдущими исследованиями, новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлена характеристика объекта исследований -керна продуктивных карбонатных отложений Тимано-Печорской провинции (ТПП). Тимано-Печорский осадочный бассейн является уникальным как по сложности и многообразию геологических объектов, так и по условиям их образования. Здесь выявлены почти все типы залежей, как по разнообразию ловушек, коллекторов, так и по характеристике углеводородов. Показано, что эффективное изучение и освоение сложнопостроенных карбонатных комплексов ТПП возможно лишь на основе качественного отбора и исследования керна с получением максимально возможной информации о структурных, текстурных особенностях разрезов горных пород, петрофизических характеристиках пластов-коллекторов. Достоверность и надежность информации о свойствах пласта обычно контролируется статистическими данными о средних значениях

свойств и их дисперсий. Лабораторное изучение петрофизических свойств

проводят на образцах керна стандартного размера (цилиндрический образец диаметром и высотой 30мм) и образцах с сохраненным при выбуривании на скважине диаметром - полноразмерном керне. В зависимости от диаметра керноприемной трубы используют полноразмерные образцы 0 100 ц 67 мм, высота образцов сопоставима с диаметром (рис. 1).

Рис. 1 Образцы полноразмерного ,1 керна 0100, 67 мм и

^ А стандартного раз-

ЖшЖ |

(л/ _ мера 0 30 мм

■ ■

150 200

1 М ; I ! ■ ; I : :

Представительность испытуемого кернового материала определяется такими минимальными размерами испытуемых образцов, для которых обеспечивается представительность усредненного ансамбля пор, то есть должно выполняться следующее неравенство: >>й- (1-1)

где Vo6p - представительный объем испытуемого образца; cU - средний размер типичного ансамбля взаимосвязанных пор. Соотношение (1.1) автоматически выполняется для однородных коллекторов с гранулярным типом пористости, однако для сложнопостроенных коллекторов связанность представительного ансамбля пор определяется связанностью всех типов пор и для ее характеристики необходимо использовать керновый материал значительных размеров. Анализ имеющихся литературных данных позволяет сделать предположение о зависимости степени связанности пустотных структур на различных масштабах. Так, J. Bear (1972 г.) теоретически показал, что в неоднородных пластах флуктуации неоднородностей сравнимы с типичными размерами образца, а при увеличении изучаемого объема они минимизируются. Объем, включающий все особенности неоднородного пласта, назван им элементарным представительным объемом (ЭПО). H.H. Михайлов (1989 г.), исследуя массообменные процессы в околоскважинных зонах пласта, установил, что при фильтрации проявляются более сложные масштабные эффекты. Для них характерна неоднозначность ЭПО. Одно из значений ЭПО связано с неоднородностями в масштабах порового пространства, другое с литолого-текстурной неоднородностью пласта.

A.Х. Пергамент (2010 г.), Р.Van Ungen (2001 ), Р.Н. Renald (1997 г.) и др. провели теоретические оценки ЭПО для трещинного пласта со сложной геометрией системы и показали, что этот параметр имеет тензорную природу, которую необходимо учитывать при моделировании. В лабораторной практике при определении физических свойств масштабные эффекты не учитываются.

В настоящее время практически полностью отсутствуют методики лабораторного изучения петрофизических свойств пород на полноразмерных кернах, или данные методики устарели. Методические рекомендации по подсчету геологических запасов объемными методами под редакцией В.И.Петерсилье,

B.И.Пороскуна, Г.Г. Яценко, выпущенные в 2003г. рекомендуют проводить исследования основных фильтрационно-емкостных параметров на образцах большого размера в соответствии с методиками, базирующимися на представ-

лениях 80-х годов прошлого века. Основной недостаток этих работ состоит в том, что при исследовании полноразмерного керна используют те же методические приемы, что и для образцов стандартного размера, в то время как исследование полноразмерного керна требует кардинально новых подходов. Такой новый подход в изучении сложнопостроенных карбонатных пород-коллекторов предложен К. И. Багринцевой. Для оценки особенностей строения сложного пустотного пространства карбонатных коллекторов разработан метод капиллярного насыщения горных пород люминисцирующими жидкостями. Преимущество метода заключается в возможности контрастного выявления открытых трещин, установлении их морфологии и взаимосообщаемости, установлении различного соотношения пор, каверн и трещин в общем объеме пустот. Однако использование для исследований образцов кубической формы с длиной ребра 5см имеет ряд ограничений и недостатков, в частности на таких образцах нельзя получить азимутальный профиль проницаемости.

В последнем разделе главы выполнен анализ существующих методик определения ФЕС образцов. Для определения пористости полноразмерного керна рекомендуется применять газоволюметрический метод, для определения газопроницаемости - метод стационарной фильтрации с использованием кернодер-жателя, позволяющего проводить фильтрационные измерения в различных направлениях.

Во второй главе разработана методика экспериментов, позволяющая изучать влияние размеров исследуемых образцов на фильтрационно-емкостные свойства. На первом этапе было отобрано 26 образцов полноразмерного керна со сложной структурой пустотного пространства (наличие каверн, трещин), из которых после определения ФЕС были выпилены параллельно напластованию 32 образца стандартного размера и вновь выполнены определения пористости и проницаемости (табл. 1 и рис. 2).

Показатель Кол- во Полноразмерный керн Кол-во Стандартный размер Соотношение полнр./стандарт.

Кп ср., % 26 7,35 32 6,93 1,06

Кпр ср., 10'3мкм2 26 430,28 32 174,79 2,46

Пористость, %

(стандартный размер)

Рис. 2. Сопоставление результатов определения пористости (а) и проницаемости (б) на образцах стандартного размера и на полноразмерном керне.

Результаты эксперимента показали, что использование стандартных образцов для измерения ФЕС привело к занижению пустотного объема на ~ 6 % по относительной величине, проницаемость пород-коллекторов со сложной структурой порового пространства занижена в 2,46 раза.

Следующим этапом исследований было детальное изучение зависимости ФЕС от объема изучаемых образцов в иерархической системе: образец стандартного размера, полноразмерный керн 0 67 мм, полноразмерный керн 0 100 мм. Для исследований была выбрана коллекция из 46 образцов полноразмерного керна 0 100мм, характеризующихся наличием крупных каверн и трещин, и образцов стандартного размера, расположенных рядом по глубине. Объем образца стандартного размера составляет =20,9 см3. Объем образца полноразмерного керна 0 100мм составил =785,4см3. После проведения комплекса исследований из данных образцов параллельно напластованию были выпилены образцы 0 67 мм, объемом »215 см3. На них вновь были определены пористость и проницаемость, (табл. 2 и рис. 3, 4).

10000.0

0.1 1,0 10,0 100,0 1000.0 10000.

о

Проницаемость, ИГ3 мкм2 (стандартный размер)

1000,0

Показатель

Полноразмерный керн 100мм

Соотношение

полнр./стандар

т.

1,15/1,14

152,70

22,42/2,00

а Пористость, % (стандартный размер)

1000 10000 100000

Проницаемость, 10' мкм (стандартный размер)

Полноразмерный керн 67 мм

Стандарт-

ный

размер

Рис. 3. Сопоставление результатов определения пористости ФЕС на образцах стандартного размера и на полноразмерном керне диаметром 100 и 67мм.

100 1000 Объем образца, см3

10000

1000

100 з

Объем образца, см'

Рис. 4. Сопоставление пористости (а) и проницаемости (б) и объемов образцов.

Таким образом, экспериментально доказано влияние масштабного эффекта при изучении ФЕС сложнопостроенных карбонатных пород-коллекторов. Причем в большей степени масштабный эффект проявляется при изучении фильтрационных свойств.

Во втором разделе главы представлены результаты проявления масштабного эффекта при изучении физических свойств, характеризующих взаимодействие горных пород с физическими полями различной природы (электрические и акустические свойства) на образцах стандартного размера и полноразмерном керне в пластовых условиях. Сопоставление результатов определения параметра пористости (Рп) на полноразмерном керне и образцах стандартного размера свидетельствует, что для полноразмерного керна Рп несколько выше (рис.5), чем для образцов стандартного размера, что можно объяснить усложнением токовых линий и возрастанием их извилистости с увеличением объемов испытуемых образцов. Результаты сопоставительных экспериментов показали, что в уравнении Дахнова-Арчи, полученном для образцов полноразмерного и стандартного керна, показатели цементации породы ш различаются, у полноразмерного выше, чем для стандартного размера. Вычисление пористости по уравнению для образцов стандартного размера приводит к её занижению от 15 до 30% по относительной величине.

Эксперименты также показали, что на значения интервального времени пробега упругих волн также может оказывать влияние масштабный фактор исследуемых образцов (рис.6), однако его влияние неоднозначно и требует уточнения для конкретной литологии пород.

Пористость (пласт.),'°/

о Образцы стандартного размера ■ Полноразмерный керн

Рис. 5 Сопоставление результатов определения относительного сопротивления (параметра пористости) и пористости.

Рис. 6 Сопоставление результатов определения интервального времени и пористости.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Пористость (пласт),%

О Образцы стандартного размера О Полноразмерный керн

С целью изучения на микроуровне причин возникновения масштабного эффекта был выполнен количественный анализ структуры порового пространства (СПП) методом растрового электронного микроскопа (РЭМ). Исследования проводились по оптическим изображениям микростроения и катодолюминесцентным РЭМ-изображениям порового пространства с помощью пакета прикладных программ «Коллектор» (Кузьмин В.А. 1983, 2007). На рис. 7а показано выделение крупнопористой составляющей пустотного пространства на образце 483-13-08, на котором хорошо видна неоднородность распределения крупных пор и каверн на поверхности керна. На рис. 76 так же показано изображение порового пространства участка аншлифа, полученное с помощью электронного

Рис.7. Обр. 483-13-08 а- выделение крупнопористой составляющей на керне,

б- СПП одного из участков аншлифа керна (белое поры), увел. 100.

показал, что причиной масштабного фактора является неоднородность открытой пористости сантиметровой размерности, которая связана с наличием пористых микроочагов и особенно проявляется в породах с кавернозной пористостью. При этом наиболее су-

микроскопа в режиме катодолюминесценции.

Анализ данных электронной микроскопии

щественную роль играют не мелкие поры и поровые каналы, которые образуют сравнительно однородную сеть порового пространства, а неравномерное распределение в микрообъемах породы более крупных капиллярных поровых и каверновых каналов. Другой существенной причиной проявления масштабного фактора при определении ФЕС лабораторными методами, по нашему мнению, является связанность поровых каналов и микротрещин, которая проявляется по разному в образцах различного размера. С уменьшением образца породы при неравномерном распределении поровых каналов и микротрещин в объеме связанность ухудшается. Уменьшение связанности увеличивает гидравлическое сопротивление пористой среды и уменьшает проницаемость. Таким образом, можно сделать вывод, что основной причиной масштабного эффекта является неоднородность порового пространства в породе, которая приводит к разной величине коэффициента пористости и проницаемости на разном масштабном уровне в пределах объема керна. Если в карбонатных коллекторах имеется неоднородность капиллярных пор и микротрещин в микрообъеме, то образцы стандартного размера, являющиеся как бы отдельными элементами неоднородности этой пористой среды, уже не будут отражать сложную взаимосвязанную структуру порового пространства породы. В этом случае имеет место значительное отличие ФЕС на полноразмерном керне и стандартных образцах.

Третья глава посвящена экспериментальному изучению анизотропии физических свойств стандартных и крупномасштабных кернов. Существующие методики изучения анизотропии нефтегазовых коллекторов базируются на тензорном представлении физических свойств в анизотропных коллекторах (Н.М. Дмитриев, В.М. Максимов, Р. Коллинз и др.). При установлении факта анизотропии и определения типа симметрии наиболее употребительны упругие свойства коллекторов, которые могут быть эффективно идентифицированы с помощью ультразвукового прозвучивания. Для выявления влияния масштабного эффекта на характеристики анизотропии была проведена серия специальных экспериментов. Сопоставление различий горизонтальной и вертикальной

проницаемостей выявило значимое влияние размеров испытуемого керна на характеристики анизотропии, что обусловило выбор полноразмерного кер-нового материала для дальнейших исследований. На первом этапе проводилось измерение горизонтальной и вертикальной газопроницаемости (рис. 8а). Следующей серией экспериментов было изучение латеральной анизотропии на полноразмерных кернах (рис. 86).

Рис.8. Изучение анизотропии пород: а - сопоставление горизонтальной и верт и-

кальной проницаемости; б - сопоставление горизонтальной проницаемости в _ двух направлениях, главного и под углом 90° от главного.

Как видно из результатов проведенных исследований, имеется значимая латеральная анизотропия, которой в промысловой практике обычно пренебрегали. Наши исследования показали, что она может достигать 2-3-х порядков, | что требует специального учета при проектировании и анализе разработки.

В практике изучения керна общепринятым для установления направлений элементов фильтрационной симметрии является использование анизотропии упругих свойств и метода ультразвукового прозвучивания, что подразумевает идеи-точность направлений симметрии по различным физическим свойствам. В предыдущей главе диссертации было показано, что для скорости распространения упругих волн и для электрического сопротивления сложнопостроенного коллектора так же, как и для ФЕС имеет место масштабный эффект. Однако значимость масштабного эффекта по различным свойствам коллектора не одинакова. Соответ-

ственно, использование параметров анизотропии по различным свойствам может дать различия в направлениях элементов симметрии. Для проверки этой гипотезы нами была приведена серия специальных экспериментов на круп-| номасштабных образцах керна с использованием специального лабораторного оборудования. На первом этапе были проведены исследования газопроницаемости ) и интервального времени на каждом образце с шагом измерений 45°, далее результаты детализировались с шагом в 30°. Для наглядности сравнения результаты | экспериментов представлены в нормированных координатах. Эксперименты по-^ казали, что имеются два типа направленных диаграмм проницаемости и интервального времени распространения упругих волн. Образцы первого типа дают совпадение главных направлений по проницаемости и интервальному времени. Для таких образцов характерны линейные корреляционные зависимости между направленной проницаемостью и интервальным временем (рис. 9 а, б).

Рис. 9 Пример взаимосвязи направленной проницаемости и интервального времени распространения упругих волн (а) и корреляции между этими параметрами (б).

Для образцов второго типа было отмечено различие в главных направлениях по проницаемости и по интервальному времени, которое составляет постоянную величину в 30° (рис. 10 а,б). При корректировке главных осей на эту величину главные направления симметрии совпали и были получены линейные уравнения связи направленной проницаемости и интервального времени (рис. 10 в, г).

Рис. 10. Пример сопоставления направленной проницаемости и интервального времени и отсутствие корреляции между этими параметрами (а, б); сопоставление после корректировки на 30° (в, г).

Для выявления причин расхождения направления осей симметрии по различным физическим свойствам была поставлена серия специальных экспериментов, включающая микроструктурный анализ проявления анизотропии. Из образцов полноразмерного керна, на которых по результатам измерения направленной проницаемости и интервального времени были определены основные направления симметрии, были выпилены образцы стандартного размера в различных направлениях. Исследования показали, что образцы полноразмерного керна являются крайне неоднородными по фильтрационно-емкостным свойствам, вещественному составу породы, по поверхностным свойствам. Данные, полученные с помощью РЭМ, показали, что фильтрационная анизотропия тесно связана с микроструктурными параметрами коллектора. В анализируемых образцах основной причиной анизотропии фильтрационных свойств является анизотропия характеристик порового пространства (рис. 11), причем ведущую роль играет система крупных поровых каналов размером более 350500 мкм, ориентация которых отличатся от ориентации более мелкой системы каналов матричной капиллярной межзерновой пористости. Как видно из розы ориентации в образце 461-2-09 наблюдается практически полное совпадение

Рис. 11. Обр. 461-2-09. а- Двуградационное изображение крупнопоровых каналов, увел. 5; б- роза ориентации крупнопоровых каналов. Ка = 57,78 %, угол направления преимущественной ориентации 25,0°. Разница с главным направлением 0,5°.

Четвертая глава посвящена экспериментальному изучению влияния масштабных и анизотропных факторов на степень вытеснения нефти водой. Экспериментальные исследования проводились на установке УИК-4 производства «Гло-Бел нефтесервис». На первом этапе исследований анализировалось влияние масштабного фактора. Были изучены процессы вытеснения с использованием модели нефти вязкостью 1,043 мПа*с. Сопоставление коэффициента вытеснения и ФЕС пород представлено на рис. 12.

10 15 20 25 Зі

Пористость, %

Я <В Стандартный размер В Полноразмерный керн

1,0

08

э

=

ч 0 6

в 0,4

а

0,2

0,0

і і! ¡ ті .<, .и

1 ! ! ГПї! і і 11 им і 1 1 і і ш її І і 1111 пі

> }'+Ж Д'іоШ •Щщш чці іОпіг

! її и т і м чт

1 1 II1111 и ; ¡лцц ! 1111 ',! и

і і і і ни . 1 ' ИІШ

! 1 МММ

0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0 Газопроницемость, 10~3мкм2

О Стандартный размер В Полноразмерный керн

Рис. 12 Сопоставление результатов определения коэффициента вытеснения с пористостью (а) и проницаемостью (б), вязкость нефти 1,043 мПа*с.

Далее была проведена серия экспериментов с использованием модели нефти вязкостью 4,604 мПа*с (рис. 13).

ориентации фильтрационных свойств (главного направления, рис. 9) и ориентации крупнопорового пространства.

Пористость, %

Полноразмерный керн Стандартный размер

Квыт ер= 0.567_____________Кпыт ср= 0,394

0,0

МП Г 1 II III1 | мм 1 1 (МИН

1 1 II 1III 1 ми

1111 , 1 МММ 1 1 1 1 11III

III II © ' Я* Ш '¡»г;:

III IIII

11II

ш? ) 1 1 ¡ми!

1111 '#1 м.ш г ! !!!“!

111.1 11Н р;[ | | ^ ;

0,10 1,00 10,00 100,00 1000,00 Газопроницемость, 10 Змкм2

6 [ Ш Полноразмерный керн О Стандартный размер

Рис. 13 Сопоставление результатов определения коэффициента вытеснения с пористостью (а) и проницаемостью (б), вязкость нефти 4,604 мПа*с.

Результаты исследований показали, что коэффициент вытеснения нефти водой для образцов стандартного размера ниже, чем для полноразмерного керна. Кроме того, в экспериментах с использованием более вязкой нефти расхождение между коэффициентом вытеснения на образцах стандартного размера и полноразмерном керне достигает большей величины, чем при использовании модели менее вязкой нефти. Влияние масштабного фактора на эффективность вытеснения нефти водой объясняется различием по-ровых структур в полноразмерном керне и образцах стандартного размера.

В пятой главе представлены результаты экспериментального изучения влияния масштабных и анизотропных эффектов на характеристики двухфазной фильтрации. Выполнено изучение влияния структуры порового пространства, смачиваемости поверхности твердой фазы на характер кривых ОФП на образцах полноразмерного керна и моделях пласта, составленных из образцов стандартного размера. Результаты экспериментальных исследований влияния латеральной анизотропии на относительные фазовые проницаемости на образцах стандартного размера, выпиленных из полноразмерного керна по главному направлению фильтрации и в перпендикулярном направлении, представлены в таблице 3 и на рис. 14. Главное направление было определено на основании изучения фильтрационных и акустических свойств по методике, описанной в

главе 3. На образцах было выполнено определение пористости, проницаемости, смачиваемости, изучение структуры порового пространства методом капилля-риметрии.

Таблица 3

Направление Кп, % Кпр, 10''мкм2 Кво, % Доля крупных пор, % Показатель смачиваемости

Главное 12,08 255,82 7,9 73,9 0,55

Перпендикулярное 6,31 3,48 18,0 28,2 0,75

Образец, выпиленный по главному направлению фильтрации, обладает промежуточной смачиваемостью, образец, выпиленный в перпендикулярном направлении, характеризуется преимущественно гидрофильными поверхностными свойствами. Как видно по графику на рис. 14а, при фильтрации нефти в перпендикулярном направлении (пунктирные линии) относительная фазовая проницаемость по нефти снижается более интенсивно, чем для образца, выпиленного по главному направлению.

Водонасыщенность, доли ед.

Водопасьннонносгь, доли ед.

Рис. 14 График ОФП для нефти и воды для образцов, выпиленных по главному направлению фильтрации и в перпендикулярном направлении (а), график функций ОФП для данных образцов в нормированных координатах (б).

Остаточная нефтенасыщенность при совместной фильтрации воды и нефти для образца по главному направлению фильтрации равняется 0,45, в то время как для образца в перпендикулярном направлении остаточная нефтенасыщенность составила 0,60. Точка пересечения кривых относительной фазовой

Нсфтепасьицснность, доли с.

Кн.0™

Нефтенасыщенность, доли ед.

0.8 0,6 0,4 0.2

проницаемости нефти и воды при фильтрации в перпендикулярном направлении смещается в сторону меньших значений водонасыщенности. В нормированных координатах (рис. 14 б) кривые относительной проницаемости по воде практически совпадают. Это означает, что вода как в первом, так и во втором образце фильтровалась по схожей системе поровых каналов. Однако крайние точки относительных проницаемостей для нефти в нормированных координатах в первом и втором образцах не описываются единой кривой. Это указывает на различие структуры пустотного пространства, по которой проходит фильтрация нефти.

Основные выводы и результаты работы

1. Показано, что эффективное изучение и освоение сложнопостроенных карбонатных комплексов Тимано-Печорской провинции возможно на основе качественного отбора и исследования только полноразмерного кернового материала с получением максимально возможной информации о структурных, текстурных особенностях разрезов горных пород и петрофизических характеристиках пластов-коллекторов.

2. Впервые установлен уникальный масштабный эффект и выполнена количественная оценка его влияния на величину фильтрационно-емкостных свойств и анизотропии по экспериментальным исследованиям образцов разного размера.

3. Экспериментально установлены значимые различия латеральной анизотропии, величина которых может составлять два порядка и более.

4. Разработана методика исследования азимутальной анизотропии по проницаемости, позволяющая быстро и полно охарактеризовать симметрию порового пространства и выявить направление максимальной фильтрации в ненарушенных образцах полноразмерного керна с учетом различия направлений анизотропии по физическим свойствам.

5. Впервые выполнено детальное изучение причин возникновения масштабных эффектов и анизотропии, и определены микроструктурные критерии, контролирующие эти эффекты.

6. Впервые установлено влияние масштабных и анизотропных эффектов на эффективность вытеснения нефти водой и дана микроструктурная интерпретация влияния этих эффектов на особенности функций относительных фазовых пронрицаемостей.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Гурбатова И.П., Михайлов H.H. Анализ информативности различных методик определения емкостных свойств карбонатных пластов со сложным типом пористости // Вестник ЦКР РОСНЕДРА 02,2008г, стр. 52-56.

2. Гурбатова И.П. Костин Н.Г. Масштабный эффект при определении фильтрационно-емкостных свойств пласта в сложнопостроенных карбонатных коллекторах // Нефтепромысловое дело 05.2010, етр.21-25.

3. Гурбатова И.П., Михайлов H.H.. Изучение латеральной анизотропии в сложнопостроенных карбонатных коллекторах лабораторными методами // Вестник ЦКР РОСНЕДРА 03,2010г, стр. 28-35.

4. Гурбатова И.П., Мелехин С.В., Юрьев A.B., Особенности изучения петро-физических и упругих свойств керна в сложнопостроенных коллекторах нефти и газа при моделировании термобарических пластовых условий // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений, 5/2010, М. ВНИИОЭНГ с. 67-72.

5. Гурбатова И.П., Кузьмин В.А., Михайлов H.H. Влияние структуры порово-го пространства на масштабный эффект при изучении фильтрационно-емкостных свойств сложнопостроенных карбонатных коллекторов // Геология нефти и газа. 2, 2011, С. 74-82.

6. Кузьмин В.А., Максимов В.М., Михайлов H.H., Гурбатова И.П. Экспериментальное исследование микроструктурных особенностей проявления анизотропии карбонатных коллекторов // Вестник ЦКР РОСНЕДРА 04,2011 г, стр. 39-47.

7. Гурбатова И.П., Михайлов H.H. Масштабные и анизотропные эффекты при экспериментальном определении физических свойств сложнопостроенных коллекторов / ВАК НТВ Каротажник Выпуск 7(205), 2011, стр. 138-145.

8. Михайлов H.H., Гурбатова И.П. Анализ информативности определений емкостных свойств пласта для подсчета запасов нефти и газа. // Тр. VII Межд. технологического симпозиума «Новые технологии освоения и разработки трудноизвлекаемых запасов нефти и газа и повышения нефтеотдачи» М.: 2008,с. 184-192

9. Гурбатова И.П., Михайлов H.H.. Масштабный эффект при экспериментальном определении фильтрационно-емкостных, электрических, акустических характеристик пласта в сложнопостроенных карбонатных коллекторах // Материалы II Международного научного симпозиума «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов», М.: 2009, с.. 98-105.

10. Гурбатова И.П., Михайлов H.H. Изучение анизотропии сложнопостроенных карбонатных коллекторов лабораторными методами // сб. Тезисов докладов на

VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальная проблема развития нефтегазового комплекса России» часть I. М.: 2010 с. 94-95.

11. Порошин В.Д. Шутов С.С. Гурбатова И.П. Особенности лабораторного изучения сложных карбонатных коллекторов нефти и газа // сб. Тезисов докладов на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальная проблема развития нефтегазового комплекса России» часть 1. М.: 2010 с. 65

12. Гурбатова И.П., Михайлов H.H. Масштабные и анизотропные эффекты при экспериментальном определении физических свойств сложнопостроенных коллекторов // Материалы Междунродной конференции: Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы. М. - 2010. - с.65-66.

13. Мелехин С.В., Гурбатова И.П. Особенности лабораторного изучения пет-рофизических и упругих свойств керна в карбонатных коллекторах нефти при моделировании термобарических условий // Материалы Междунродной конференции: Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы. М. - 2010. - с.65-66.

14. Костин Н.Г., Гурбатова И.П. Влияние размеров исследуемых образцов керна на определение фильтрационно-емкостных свойств карбонатных пород-коллекторов и на установление связи «Керн-ГИС» // Поиски и освоение нефтяных ресурсов Республики Беларусь: Сб. науч.тр.-Вып.7. -Гомель: БелНИПИнефть, 2010. -

15. Кузьмин В.А., Михайлов H.H., Максимов В.М., Гурбатова И.П. Результаты изучения анизотропии микростроения карбонатных пород методами электронной микроскопии и компьютерного анализа изображений // Георесурсы, геоэнергетика, геополитика, Выпуск 1(3), 2011

16. Михайлов H.H., Сечина Л.С., Гурбатова И.П. Показатели смачиваемости в пористой среде и зависимость между ними //Электронный журнал// Георесурсы, геоэнергетика, геополитика, Выпуск 1(3), 201 Hwww.oilgasiomal.ru)

17. Гурбатова И.П., Михайлов H.H. Экспериментальное изучение влияния масштабных и низотропных факторов на степень вытеснения нефти водой // Материалы III Международного научного симпозиума «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов», М.: 2011.

18. Михайлов H.H., Моторова К.А.,. Сечина Л.С, Гурбатова И.П.Факторы, влияющие на микроструктурную смачиваемость пород-коллекторов нефтяных и газовых месторождений // Материалы III Международного научного симпозиума «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов», М.: 2011.

19. Михайлов H.H., Гурбатова И.П. Масштабный эффект при лабораторном определении фильтрационно-емкостных свойств сложнопостроенных карбонатных коллекторов // ВАК Технологии нефти и газа, №4 (75) 2011, стр.32-35.

20. Михайлов H.H., Гурбатова И.П. Экспериментальное изучение масштабных и анизотропных факторов на характеристики двухфазной фильтрации // Материалы Всероссийской конференции с межд. участием «Фундаментальные проблемы разработки месторождений нефти и газа», Москва, 2011г.

Соискатель

GurbatovaCiûvermnimneft.com ' Гурбатова И.П.

С.39-45.

Подписано в печать 23.01.2012. Формат 60x90/16. Уел. печ. л. 1,5. Тираж 150 экз. Заказ № 541/2012.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии центра «Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета» 614990, г.Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113 Тел.: (342) 219-80-33

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Гурбатова, Ирина Павловна, Москва

81 12-5/1444

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ НЕФТИ И ГАЗА РАН

На правах рукописи УДК 622.276.5.1/4

оТ*^« —

ГУРБАТОВА ИРИНА ПАВЛОВНА

МАСШТАБНЫЕ И АНИЗОТРОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛОЖНОПОСТРОЕННЫХ КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ.

Специальность: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2011 год

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт проблем нефти и газа РАН

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Михайлов Николай Нилович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дмитриев Николай Михайлович

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Дьяконова Татьяна Федоровна

Ведущая организация: ОАО «ВНИИнефть»

им. академика А.П.Крылова

Защита состоится_2011 г. в_часов на заседании Диссертационного совета Д.002.076.01 Учреждения Российской академии наук Институт проблем нефти и газа РАН в зале Ученого Совета ИПНГ РАН (119333, г.Москва, ул. Губкина, д.З, ИПНГ РАН).

С диссертацией можно ознакомиться у ученого секретаря Диссертационного Совета ИПНГ РАН. Отзывы на автореферат можно присылать по адресу: 119333, г.Москва, ул. Губкина, д.З, ИПНГ РАН.

Автореферат разослан_2011 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, '—--'

Кандидат технических наук М.Н. Баганова

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.........................................................................................5

Глава 1. Анализ стандартов и методик определения физических свойств и методов учета масштаба изучаемых объектов в стандартных методиках............ 13

1.1 Литологическая характеристика и особенности строения карбонатных отложений Тимано-Печорской провинции...............................................13

1.2 Оценочно-генетическая классификация карбонатных коллекторов...........20

1.3 Обоснование оптимального размера образцов керна.............................23

1.4 Определение коэффициента открытой пористости............................27

1.5 Определение абсолютной газопроницаемости.....................................29

Выводы..........................................................................................33

Глава 2. Экспериментальные исследования влияния масштабных эффектов на определение фильтрационно-емкостных, электрических и акустических свойств кернового материала.........................................................................34

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......48

Выводы...........................................................................................

Глава 3. Экспериментальное изучение анизотропии физических свойств стандартных и крупномасштабных кернов...................................................56

3.1. Методические подходы к изучению анизотропии пластовых систем........57

3.2. Масштабный эффект при изучении анизотропных свойств кернового материала...........................................................................................

3.3 Изучение анизотропии проницаемости на крупномасштабных образцах....60

3.4 Изучение взаимосвязи фильтрационной анизотропии с анизотропией физических свойств.................................................................................61

3.5 Изучение взаимосвязи фильтрационной анизотропии с анизотропией физических свойств на образцах полноразмерного керна и стандартного размера ..65

3.6 Результаты изучения анизотропии микростроения образцов методами электронной микроскопии и Фурье-анализа..................................................75

Выводы..........................................................................................80

Глава 4. Экспериментальное изучение влияния масштабных и анизотропных факторов на степень вытеснения нефти водой..........................................81

4.1 Проведение экспериментальных исследований по определению коэффициента вытеснения нефти водой............................................................86

4.2 Экспериментальное изучение влияния масштабного фактора на степень вытеснения нефти водой.....................................................................87

4.3 Исследование подвижности капиллярно-защемленных фаз в анизотропных

кернах...........................................................................................95

4.4. Экспериментальное исследование влияния латеральной анизотропии на

степень вытеснения нефти водой.........................................................97

Выводы.......................................................................................99

Глава 5. Экспериментальное изучение влияния масштабных и анизотропных эффектов на характеристики двухфазной фильтрации...........................100

5.1 Проведение экспериментальных исследований.................................101

5.2 Влияние структуры порового пространства.....................................104

5.3 Влияние смачиваемости поверхности твердой фазы...........................110

5.3 Влияние латеральной анизотропии на относительные фазовые проницаемости............................................................................................. 114

Выводы.......................................................................................119

Основные выводы и результаты работы............................................. 120

Список работ, опубликованных по теме диссертации........................... 121

Список литературы.....................................................................124

ВВЕДЕНИЕ

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 зна-

чений 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 числе