Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии промыслово-геофизических и гидродинамических исследований низкопроницаемых пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве пласта

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии промыслово-геофизических и гидродинамических исследований низкопроницаемых пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве пласта"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

005009140

На правах рукописи

Г

КОКУРИНА ВАЛЕНТИНА ВЛАДИМИРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ ПЛАСТОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ПРИ ГИДРОРАЗРЫВЕ ПЛАСТА

Специальность 25.00.10 - «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

? 0 е В

Москва 2012

005009140

Работа выполнена в Российском Государственном Университете нефти и газа имени И.М. Губкина на кафедре Геофизических информационных систем.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кременецкий Михаил Израилевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ИПНГ РАН Резванов Рашит Ахмаевич

доктор технических наук, профессор Шагиев Рудольф Гиндуллович

Ведущая организация:

ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегазгеофизика»

Защита состоится февраля 2012 года в часов, на заседании

диссертационного совета Д 212.200.05 при Российском Государственном Университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 119991, Москва, В-296, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

Автореферат разослан

"¿Г". января 2012 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

Петров Л.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время 65-75% всех мировых промышленных запасов нефти относят к категории трудноизвлекаемых (в отдельных нефтегазоносных регионах этот показатель достигает 100%). Среди базовых критериев принадлежности запасов к этой категории выделяют экономическую рентабельность, низкую продуктивность, высокую вязкость нефти, наличие подгазовых зон, низкую проницаемость коллектора. Последний из перечисленных критериев является одним из основных. По различным оценкам, в структуре запасов России залежи с трудноизвлекаемыми углеводородами составляют более половины разведанных запасов - от 60 до 70% , при этом в низкопроницаемых пластах сосредоточена их превалирующая доля (около 40%). Для таких коллекторов характерны высокая степень неоднородности фильтрационно-емкостных свойств по разрезу и простиранию пласта в целом, высокое содержание связанной воды, наличие непроницаемых или слабопроницаемых границ (перемычек) в пределах одного литологического тела.

Необходимым условием вовлечения подобных объектов в разработку является активное внедрение методов интенсификации притока для обеспечения экономической рентабельности добычи. К наиболее распространенным и эффективным среди них на сегодняшний день в практике мировой и отечественной нефтегазовой индустрии относится гидроразрыв пласта (ГРП).

Этот метод становится важным элементом системы разработки месторождений, позволяя увеличить продуктивность скважины по сравнению с первоначальной в несколько раз, а такжё обеспечивая рост темпа извлечения углеводородов, вскрытие незатронутых при бурении ствола скважины пропластков и слабодренируемых зон пласта, охват их заводнением.

Преобладающая часть научных разработок в области изучения ГРП касается, прежде всего, исследования факторов, влияющих на успешность данной технологии, оценки ее эффективности, совершенствования дизайна трещин разрыва, повышения результативности контроля технологических операций при проведении ГРП. В первую очередь изучаются вопросы о том, какую геометрию имеет созданная трещина, и как она влияет на производительность скважины.

В то же время проблемам контроля разработки продуктивных объектов в условиях их вскрытая трещинами ГРП в процессе последующей длительной работы скважин пока уделяется мало внимания. Прежде всего, это связано с недостаточной изученностью многих методических и технологических аспектов исследований пластов, вскрытых трещинами ГРП.

Основной объем информации о состоянии пласта при наличии ГРП и параметрах трещины (в первую очередь об интегральных фильтрационных свойствах и характеристиках совершенства вскрытия пласта) сегодня дают гидродинамические исследования скважин (ГДИС).

Высокий информативный потенциал имеют и промыслово-геофизические исследования (ПГИ) действующих скважин, однако он пока используется далеко не полностью. Практически не изучены возможности методов ПГИ в присутствии трещины гидроразрыва при определении профиля притока (приемистости), оценке распределения проницаемости по высоте пласта, диагностике межпластовых перетоков. Не исследованы также возможности способы диагностики и количественной интерпретации межпластовых перетоков по нестабильным трещинам разрыва.

Традиционно интерес исследователей сосредоточен в основном на закрепленных проппантом трещинах ГРП в эксплуатационных скважинах. Гораздо меньшее внимание уделяется нестабильным трещинам в нагнетательных скважинах (при так называемом «авто ГРП»), Причиной их возникновения является высокая репрессия на пласт (превышение давления нагнетания предела прочности пород) при интенсивной закачке. Специфика нестабильных трещин заключается в зависимости размеров (как по простиранию, так и по высоте) от величины давления нагнетания, что является предпосылкой управления размерами трещин при исследованиях.

Существует еще одна проблема, связанная с контролем состояния низкопроницаемых пластов, вскрытых с помощью гидроразрыва. В процессе эксплуатации параметры трещин и прискважинной зоны непрерывно трансформируются. Меняется состав притока, геометрические размеры, степень загрязнения поверхности, а также проводимость трещины. Традиционно учет этих факторов обеспечивают периодическим повторением гидродинамических исследований. Однако в малопроницаемых коллекторах подобный формальный

подход встречает серьезное препятствие. Длительность ГДИС, необходимая для получения качественного результата, должна быть столь велика, что значения определяемых параметров за это время успевают существенно измениться. В этих условиях как технология проведения исследований скважин, так и методы интерпретации результатов должны быть существенно модернизированы.

И наконец, нельзя не упомянуть о необходимости совершенствования подходов к комплексированию промыслово-геофизических и гидродинамических методов для изучения особенностей поведения, а также изменения свойств малопроницаемого пласта с ГРП в течение длительного периода эксплуатации. Подобный подход является информационной основой настройки трехмерной фильтрационной модели залежи.

Цель работы

Названные выше проблемы определили основную цель представляемой диссертационной работы, состоящую в усовершенствовании технологии проведения, методов интерпретации промыслово - геофизических и гидродинамических исследований при контроле разработки малопроницаемых пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве.

Основные задачи исследований

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи:

1) Анализ современного состояния комплекса промыслово-геофизических и гидродинамических исследований при контроле разработки коллекторов, вскрытых трещиной гидроразрыва.

2) Обоснование аналитической и численной модели тепломассопереноса в неоднородном малопроницаемом коллекторе, работающем в условиях гидроразрыва.

3) Изучение на численной модели особенностей полей давления, скорости и температуры, обусловленных вскрытием низкопроницаемого пласта трещиной гидроразрыва.

4) Теоретический (на основе результатов моделирования) и экспериментальный анализ информативности геофизических и гидродинамических методов (определения приток-состава и термометрии) при контроле динамики работы низкопроницаемых коллекторов, вскрытых трещиной ГРП, в том числе за пределами интервала

перфорации. Усовершенствование технологии проведения и методики интерпретации результатов исследований действующих скважин при оценке профиля притока и приемистости и изучении межпластовых перетоков.

5) Теоретический и экспериментальный анализ информативности геофизических и гидродинамических методов при изучении нестабильных трещин в нагнетательных скважинах. Усовершенствование технологии проведения и методики интерпретации исследований скважин при диагностике и определении параметров нестабильных трещин.

6) Теоретический и экспериментальный анализ информативных возможностей промыслово-геофизических и гидродинамических исследований при длительной эксплуатации низкопроницаемых коллекторов с гидроразрывом (при изменяющихся во времени свойствах пластов), обоснование технологии проведения исследований и подходов к интерпретации результатов.

7) Обоснование принципов комплексирования геофизических и гидродинамических методов при изучении малопроницаемых неоднородных пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве.

8) Организация промышленного опробования и внедрения предложенных в рамках диссертационной работы технологий и методик.

Методика исследований

При решении задач, поставленных в диссертационной работе, использовались результаты обобщения и анализа отечественных и зарубежных публикаций, посвященных описанному кругу проблем; теоретическое изучение физических процессов, описывающих закономерности поведения полей давления, температуры и скорости потока в скважине и вскрытом трещиной гидроразрыва пласте; математическое моделирование поведения перечисленных полей; постановка, обобщение и анализ результатов промыслово-геофизических и гидродинамических исследований скважин с использованием известных и усовершенствованных автором методик и алгоритмов.

В ходе выполнения работы автором использовалось современное программное обеспечение отечественных и зарубежных компаний «Камертон-Контроль», «Гидра-Тест-М» (ПК «Камертон» НПП «ГЕТЭК»); «Saphir», «Topaze» (Kappa Engineering); «EclipselOO», «Eclipse300» (Schlumberger).

Достоверность научных выводов и рекомендаций соискателя подтверждена обобщением и анализом результатов отечественных и зарубежных исследований, оценкой информативности используемых методов исследований и достоверности выявленных закономерностей поведения изучаемых геофизических полей на базе математического моделирования и экспериментов в скважинах, результатами практического применения и внедрения предложенных способов исследования скважин и интерпретации полученных результатов.

Научная иовизна

1. На основе теоретического анализа и моделирования поведения поля скоростей в пласте, вскрытом трещиной ГРП, исследованы закономерности выравнивания профиля скорости по высоте пласта в зависимости от степени его вертикальной неоднородности и относительной проводимости трещины. Установлен эффект ложных аномалий на профиле притока (приемистости) в кровле (подошве) интервала перфорации, связанный с развитием трещины за пределы проектного интервала во вмещающих породах. Установлены границы применимости механической расходометрии при изучении профиля притока (приемистости).

2. На основе теоретического анализа и результатов моделирования выполнен анализ информативности термометрии при изучении профиля притока (приемистости) пласта, вскрытого трещиной гидроразрыва. Установлен характер зависимости изменения по глубине темпа релаксации поля температуры от профиля проницаемости пласта. Обоснована оптимальная технология нестационарных термических исследований (в том числе время теплового воздействия и последующей остановки скважины) для диагностики работы пласта на фоне интенсивного влияния трещины ГРП, основанная на создании в пласте теплового поля с линейной симметрией.

3. Учитывая низкую эффективность стандартных ГДИС добывающих скважин при вскрытии низкопроницаемых пластов протяженными трещинами, изучены возможности анализа результатов долговременного мониторинга забойного давления и расхода в процессе выработки пласта с целью контроля изменения во времени его текущих параметров (пластового давления, проницаемости и скин-фактора). Для устранения неоднозначности при оценке перечисленных параметров обоснована

необходимость дополнения технологии мониторинга чередующимися циклами технологического отбора и остановки скважины.

4. Предложен и апробирован подход к уточнению относительных фазовых проницаемостей на участках разрабатываемой залежи со сложной структурой коллектора и составом притока, заключающийся в обобщении результатов определения начальной и текущей эффективной проницаемости по данным ГДИС для группы скважин, отличающихся насыщением и обводненностью продукции (на основании непрерывного долговременного мониторинга забойных параметров).

5. Изучены информативные возможности комплексирования гидродинамических и промыслово-геофизических методов при диагностике заколонных перетоков в эксплуатационных скважинах с учетом возможного сообщения пластов по стабильной трещине ГРП.

6. Теоретически и экспериментально изучены информативные возможности ГДИС и ПГИ в нагнетательных скважинах при диагностике и оценке межпластовых перетоков по нестабильной трещине «авто-ГРП». Изучена связь оцениваемых по ГДИС параметров (скин-фактор, гидропроводность, полудлина трещины) с текущим состоянием трещины, а также особенностями ее поведения в зависимости от интенсивности нагнетания. Предложена методика диагностики и оценки перетоков по нестабильной трещине, основанная на целенаправленном управлении ее размерами путем изменения репрессии на пласт.

7. Обоснован комплексный подход к контролю разработки малопроницаемого коллектора с ГРП на основе непрерывного накопления и анализа результатов долговременных многопрофильных исследований для информационного сопровождения цифрового моделирования.

Основными защищаемыми положениями являются

1. Эффективное изучение свойств низкопроницаемого пласта, вскрытого трещиной гидроразрыва, требует применения нестационарных активных технологий исследования. Целенаправленное воздействие на прискважинную зону в процессе измерений изменяет характер взаимодействия трещины с пластом, и формирует физические поля заданной геометрии.

2. При диагностике воздействия нестабильных трещин на пластовую систему (в том числе с возникновением межпластовых перетоков) промыслово-геофизические

методы наиболее эффективны при использовании циклических технологий, предусматривающих изменение параметров трещины в процессе исследований.

3. В условиях низкопроницаемых пластов, вскрытых трещинами ГРП, наибольший информативный потенциал имеют исследования с непрерывным мониторингом измеряемых параметров. Однако полностью этот потенциал может быть реализован лишь в том случае, если при интерпретации исследования используются результаты долговременного мониторинга совместно с циклами остановок скважины.

Основными защищаемыми результатами являются

Критерии информативности и методики проведения и способы интерпретации гидродинамических и геофизических исследований эксплуатационных скважин, основанные на результатах моделирования тепломассопереноса в условиях наличия трещины ГРП в коллекторах с низкой проницаемостью (для однородного пласта, неоднородного пласта, совокупности пластов при наличии перетока и различных вариантах распространения тещины разрыва).

Циклические активные технологии гидродинамических исследований нагнетательных скважин, основанные на управлении нестабильной трещиной разрыва пласта, направленные на повышение достоверности оценки параметров низкопроницаемого пласта, вскрытого трещиной ГРП, и диагностику межпластовых перетоков.

Подход к интерпретации результатов термометрических исследований, позволяющий оценить профиль притока (приемистости) и фильтрационные свойства пластов в условиях наличия протяженных трещин разрыва, основанный на формировании во вмещающих породах теплового поля с линейной симметрией.

Методики комплексной интерпретации результатов долговременного мониторинга промысловых и геофизических параметров в условиях изменения свойств исследуемой системы скважина-пласт во времени.

Практическая ценность работы и личный вклад автора

Предложенные методики и подходы к интерпретации позволяют существенно повысить эффективность технологий геофизических и гидродинамических исследований низкопроницаемых неоднородных пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве. Это достигается за счет определения параметров трещин, изучения

профиля притока и приемистости вскрытых трещинами пластов, выявления нестабильных трещин в нагнетательных скважинах и диагностики непроизводительной закачки, связанной с уходом нагнетаемой жидкости по трещине в не вскрытые перфорацией вмещающие пласты.

Основной личный вклад автора заключается в выполнении анализа информативности методов промыслово-геофизического и гидродинамического контроля в скважинах при наличии трещины разрыва, а так же в совокупности идей по использованию активных технологий для непрерывного контроля параметров вскрытых ГРП пластов, выявления и оценки интенсивности пластовых перетоков, диагностики нестабильных трещин, характера их влияния на работу скважины и формирование системы поддержания пластового давления, а также определения оптимального режима работы нагнетательной скважины.

Реализация в промышленности

Разработанные автором способы исследований скважин прошли апробацию и внедряются в дочерних сервисных предприятиях Компании Газпромнефть. С участием соискателя подготовлены программы специальных промыслово-геофизических и гидродинамических исследований скважин, реализовано более 100 исследований низкопроницаемых пластов с ГРП, методические рекомендации по системе исследований скважин для проектных документов. Полученные автором результаты учтены в Корпоративном документе ОАО «Газпромнефть»: «Регламент скважинных исследований: гидродинамические и технологические исследования скважин (редакция 3.0)», «промыслово-геофизические исследования скважин (редакция 2.0)», М.2009.

Апробация работы

Результаты работы были представлены на конференциях :60-ой, 61-ой, 62-ой и 63-ей студенческой научной конференции «НЕФТЬ И ГАЗ» г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, в 2006, 2007, 2008 и 2009 гг.; 6-ой, 7-ой, 9-ой и 10-ой международной научно-технической конференции «Современные технологии гидродинамических и диагностических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений» г.Томск в 2007, 2008, 2010 и 2011гг.; Российской технической нефтегазовой конференции SPE 2008, сессия 7 - Мониторинг коллектора, г. Москва; Ш-ей Всероссийской молодежной научно-практической

конференции «ГЕОПЕРСПЕКТИВА-2009» г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина; XVIII Губкинскис чтения - инновационное развитие нефтяной и газовой промышленности России: наука и образование, г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина в 2009 г.; Международной научно-практической конференция «Инновационные технологии - основа реализации стратегии блока разведки и добычи ОАО «Газпромнефть», Санкт-Петербург, 2010 г; X творческой конференции молодых специалистов компании «Газпромнефть», г.Ноябрьск, 2010г.; Российской технической нефтегазовой конференции SPE 2010, г. Москва; а так же вынесены на обсуждение на научно-технических семинарах: «Контроль разработки месторождений» ОАО «Газпромнефть», г. Санкт-Петербург, 2011 г; «Современные методики интерпретации ГДИС для определения параметров трещины ГРП» ОАО «Газпромнефть», г. Санкт-Петербург, 2011 г.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения; содержит страниц, в том числе Я рисунков и таблицы. Список литературы включает Лоз наименований, в том числе И% на иностранных языках.

Благодарности

Автор выражает бесконечную благодарность д.т.н., профессору кафедры ГИС РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина М.И. Кременецкому за научное руководство, неизменную поддержку и внимание на протяжении всего времени работы над диссертацией. Автор глубоко признателен специалистам и руководителям ООО «Газпромнефть НТД», ООО «Газпромнефть-Хантос », ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегазгеофизика», сотрудникам кафедры Геофизических информационных систем РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина за помощь в организации проведенных исследований и консультации по ряду затронутых в работе вопросов, в особенности А.И. Ипатову, Д.Н.Гуляеву, В.В. Сидоренко, М.П. Пасечнику, В.Б. Белоусу, A.B. Городнову, Г.М. Золоевой.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено обоснование актуальности рассматриваемой в работе проблемы, сформулированы цели и задачи исследований; изложено состояние изучаемой проблемы.

Первая глава представленной работы посвящена обзору теоретических основ, касающихся ГРП и традиционно решаемых вопросов контроля разработки месторождений, а так же рассмотрение особенностей разработки неоднородных низкопроницаемых коллекторов. В структурном плане первая глава представлена тремя разделами.

В первом разделе главы 1 приведен краткий обзор накопленного практического и теоретического опыта в области ГРП, выполненный на основании отечественных и зарубежных публикаций, касающихся самого понятия ГРП, целей, задач и технологий его проведения, особенностей дизайна, методов и подходов к оценке параметров, анализа эффективности ГРП.

Во втором разделе главы 1 дана общая характеристика современного состояния и перспектив развития контроля разработки месторождений. Отмечена роль отечественных и зарубежных исследователей, заложивших теоретический фундамент и методические основы промыслово-геофизических (В.Н.Дахнов, С.Г.Комаров, Б.М.Орлинский, В.ВЛарионова, Я.Н.Басин, И.Л.Дворкин, Н.Н.Непримеров, M.P.Tixier, H.J.Ramey, С.А. Ehlig-Economides и др.) и гидродинамических исследований (В.Н.Щелкачев, Б.БЛапук, И.А.Чарный, С.Н.Бузинов, И.Д.Умрихин, М.Маскет, Л.С.Лейбензон, Darcy.H, Bear.J, Ramey H.I и др.).

Рассмотрены научные и практические результаты ученых, определивших дальнейшее развитие этого направления (С.Н.Закиров, А.И.Ширковский, З.С.Алиев, В.И.Марон, Р.Г.Шагиев, Р.Д.Каневская, А.С.Кундин, Ю.П.Коротаев, С.Г.Вольпин, Л.Г.Кульпин, Г.А.Зотов, С.Г.Комаров, В.В.Лаптев, В.М.Добрынин, Б.Ю.Венделынтейн, Д.А.Кожевников, Р.А.Резванов, Г.М.Золоева, А.И.Ипатов, Н.Н.Михайлов, М.И.Кременецкий, Л.Л.Пацков, Р.А.Валиуллин, А.И.Филиппов, А.Ш.Рамазанов, В.Д.Неретин, Е.Е.Поляков, В.В.Лаптев, А.С.Буевич,

Р.Т.Хаматдинов, M.J. Fetkovich, W.J. Lee, D.P. Bourdet, A.C. Gringarten, T.A. Blsssingame и др.).

Проблеме исследования малодебитных скважин эксплуатирующих малопроницаемые коллектора посвящены работы исследователей в области гидродинамических исследований - Н.Д. Каптелина, Ю.А. Мясникова, С.Г. Вольпина, Хасанова М.М., Шандрыгина А.Н., Р.Ф. Исмагилова, в области промыслово-

геофизического контроля разработки - А.Ш. Рамазанова, Р.А. Валиуллина, Филиппова А.И., С.A. Ehlig-Economides и др.

Рассмотрено развитие метода анализа производительности скважины (decline-analysis) начиная с работ J.J. Arps, M.J. Fetkovich, далее в работах R.G. Agarwal, D.C. Gardner, R. Hurst, T.A. Blsssingame и W.J. Lee, получившего в зарубежной практике широкое применение для исследования низкодебитных газовых скважин в сланцевых коллекторах. Активное развитие технологий долговременного стационарного непрерывного мониторинга забойных параметров (W.A. Nestlerode, J. Algeroy и др., M.F.C. Bezerra) позволило использовать методы decline-анализа для изучения низкопроницаемых коллекторов.

В третьем, завершающем разделе главы I приведено обоснование наиболее актуальных проблем, касающихся совершенствования системы геофизических и гидродинамических исследований изучаемого в диссертационной работе объекта -низкопроницаемого коллектора при наличии трещины гидроразрыва. Описаны закономерности поведения трещины разрыва и характер ее влияния на работу пласта, скважины и на систему разработки месторождения в целом.

Рассмотрен механизм воздействия трещины на вскрываемую ею пластовую систему. Вследствие существенной неоднородности пластов по разрезу и простиранию, трещина больших размеров способна в несколько раз увеличить эффективную работающую толщину по сравнению с той, что вскрывается стволом скважины без ГРП (рис. 1а). Такое увеличение эффективной толщины обеспечивается вовлечением в работу пропластков, не вскрытых при бурении, но связанных со скважиной посредством плоскости трещины ГРП (при ее распространении как вглубь по простиранию, так и роста в вертикальной плоскости).

Наряду с подключением коллекторов в пределах вскрываемого объекта разработки возможно дополнительное вовлечение в работу и соседних близкорасположенных пластов (рис. 16).

Особое внимание автор уделяет вопросу трещин разрыва (авто-ГРП) в нагнетательных скважинах. Такие трещины появляются вследствие высокой интенсивности нагнетания, при которой на забое скважины создается давление, превышающее пределы прочности породы. Трещины в нагнетательных скважинах

рассматриваются в работах Д.Н. Гуляева, P.J. van den Ноек, J.C. Chaves, В.А. Байкова и др.

рост высоты трещины

Главное отличие таких трещин от обычных трещин ГРП, стенки которых

закреплены расклинивающим агентом «пропантом», заключается в их нестабильности. Нестабильность проявляется в том, что, во-первых, трещина существует во время нагнетания и исчезает при остановке скважины, и, во-вторых, размеры трещины изменяются в зависимости от интенсивности нагнетания.

Сама по себе нестабильная трещина является результатам незапланированным, но, как правило, не критичным для работы скважины и пласта. Исключение составляют случаи, когда наличие трещины способствует подключению к работе скважины дополнительных толщин. В результате наблюдаются заколонные перетоки: закачиваемый флюид поступает не только в проектный, но и в дополнительно вскрытые интервалы.

Такие перетоки характеризуются переменной расходом, зависящим от интенсивности закачки и размеров трещины, и практически перестают существовать при «смыкании» трещины.

Известны случаи аномального роста трещин в нагнетательных скважинах, когда их размеры сопоставимы с расстоянием между соседними скважинами, что приводит к преждевременному кинжальному обводнению добывающих скважин и к нарушению в режиме работы соседних нагнетательных скважин. В этих условиях задачи контроля разработки должны решаться на уровне групп скважин.

При длительной эксплуатации участка месторождения имеет место изменение ориентации трещин как следствие перераспределения давления в пласте

(возникновения зон перекомпенсации пластового давления вблизи нагнетательных скважин и зон недостаточной компенсации в районах ведения интенсивных отборов) - это касается как закрепленных проппантом трещин, так и нестабильных трещин в нагнетательных скважинах.

Основными итогами Главы 1 явились:

- формулировка основных задач исследований, отвечающих ключевым направлениям совершенствования технологии проведения измерений в скважине и методов интерпретации полученных результатов при контроле разработки неоднородных малопроницаемых сложнопостроенных коллекторов;

- обоснование параметров модели вскрытого трещиной ГРП малопроницаемого неоднородного пласта для последующего анализа информативности геофизических и гидродинамических методов при его изучении.

Рассмотренная автором модель описывает пластовую систему как массив пород, состоящий из нескольких горизонтальных слоев (в общем случае неоднородных по простиранию), отличающихся по фильтрационным и тепловым свойствам, совместно вскрытых вертикальной скважиной с трещиной ГРП. Трещина описывается, как вертикальный канал переменной длины и высоты с аномально высокой проницаемостью. Слои могут быть перфорированы полностью и частично. В последнем случаи их гидродинамическая связь со скважиной может осуществляться как по трещине, так и по негерметичному заколонному пространству. В процессе эксплуатации геометрические размеры и фильтрационные свойства трещины могут меняться (вплоть до ее полного закрытия). Скважина может работать в режиме добычи и нагнетания. Расход скважины является произвольной функцией времени. Поля температуры, давления и скорости фильтрации описываются системой уравнений фильтрации и тепломассопереноса для сжимаемой жидкости с краевыми условиями сопряжения на границах слоев.

Данная модель явилась основой анализа информативности базовых методов промыслово-геофизического (механической расходометрии и нестационарной термометрии) и гидродинамического контроля работы неоднородных малопроницаемых коллекторов в скважине с ГРП (Главы 2,3). Анализ выполнен на базе расчетов в программном комплексе ЕсНрвеЗОО.

Рис. 2 Особенности поведения поля давления при наличии трещины ГРП в пласте с проницаемостью а) - 100 мД, б) -0.1 мД.

а> 6)

15 25 35 45 55 65 75 85 15 25 35 45 55 65 75 85

Рис.3 Особенности поведения поля температуры при наличии трещины ГРП в пласте с проницаемостью а) - 100 мД, б) ~0.1 мД. Т[°С] 90

80

70

60

50

40

30

20

1« -V/

-9-8-7-6-5-4-3-2-1 О

Рис.4 а) - Кривые восстановления температуры (КВТ) в зависимости от функции суперпозиции /(¡) при различной проницаемости пласта Кпр и времени предшествующей закачки ?з^к. Цветом выделены серии кривых, полученные для ~ 3 часа, 1 сутки, 3 суток (шифр серий кривых . Каждая серия содержит кривые для различных проницаемостей пласта — 0.1, 0.3, /, 3, 10 и 100 мД, угол наклона которых а на конечных временах растет с увеличением проницаемости, б) - Связь между тангенсом угла наклона касательной к кривой КВТ и проницаемостью в диагностическом масштабе /(1)при оптимальном времени закачки (Зчаса).

а =1

=10 «=100

Рис.5 Результаты численного моделирования поля давления Р. Модель нестабильной трещины, возникающей в цикле нагнетания(КСД) и смыкающейся при остановке остановки скважины (КПД), а) — Для одиночного неоднородного пласта (где Евп и еип гидропроводности не вскрытой перфорацией и перфорированной частей пласта, работающая толщина Нраб является переменной и не совпадает с высотой перфорации Н„ерф). б) -Доля системы близкорасположенных пластов с одинаковой гидропроводностью (е1= е2= еЗ= е4). в) - Влияние высоты перфорации на логарифмическую производную г) -Влияние отношения гидропроводностей перфорированной и неперфорированной толщин пласта.

В главе 2 на основе анализа результатов моделирования показано, что трещина ГРП за счет высокой проницаемости кардинально изменяет геометрию полей геофизических параметров, а значит и информативные возможности методов исследования скважин.

В рамках анализа информативности метода расходометрии (раздел 2.1) рассмотрено решение следующих задач:

- выявление общих закономерностей формирования профиля притока (приемистости) в неоднородном по глубине пласте, вскрытом трещиной ГРП;

- влияние распространения трещины в пределах непроницаемых вмещающих пород;

- влияние вскрытия трещиной соседних неперфорированных коллекторов (межпластовые перетоки по трещине);

- влияние частичного загрязнения трещины.

Установлено, что при вскрытии неоднородного низкопроницаемого пласта трещиной ГРП на показания расходометрии преобладающее влияние оказывает эффект выравнивания профиля скорости фильтрации в плоскости трещины. Именно поэтому профиль скоростей на стенке скважины, определяемый по результатам расходометрии, не отражает реальное распределение фильтрационных свойств по глубине пласта, позволяя диагностировать лишь фильтрационные потоки, связанные с движением флюида по трещине и отражающие геометрию трещины и свойства ее заполнителя. Аномалии профиля скоростей могут быть обусловлены кольматацией полости трещины, распространением трещины за пределы коллектора, фильтрационной связью по трещине с не вскрытыми перфорацией пластами.

Таким образом, установлено, что расходометрия, хотя и дает возможность получить важную информацию об особенностях работы вскрытого трещиной пласта, но не может являться надежной информативной основой для оценки профиля притока (приемистости) в неоднородном по разрезу пласте с низкими фильтрационными свойствами в условиях наличия трещины ГРП.

В рамках анализа информативности метода термометрии (раздел 2.2) изучены закономерности тепломассопереноса в неоднородном по фильтрационным и тепловым свойствам пласте, вскрытого трещиной ГРП (в том числе и при

распространении трещины в пределах вмещающих пород и соседних неперфорированных коллекторов).

Наибольшее внимание было уделено автором проблемам моделирования теплового поля в нагнетательной скважине при закачке жидкости в пласт.

При анализе данных моделирования автор основывался на результатах, полученных ранее другими исследователями. В частности, учитывалась известная возможность оценки высоты трещины ГРП по темпу релаксации температуры в простаивающей после закачки скважине (ОоЬктз, 1981), а также зависимость количества поглощенной при закачке жидкости от емкостных и фильтрационных свойств коллектора (М.Есопогшёез и др.). Были приняты во внимание результаты работ, свидетельствующие о повышении точности оценки распределения по глубине свойств неоднородного коллектора по результатам нестационарной термометрии при снижении длительности теплового воздействия (А.Ш.Рамазанов, 1981). Новизна результатов, полученных автором, связана с исследованием закономерностей тепломассопереноса в системе пластов, вскрытой единой трещиной ГРП, в том числе для следующих случаев:

- работа двухслойного пласта с контрастными фильтрационными свойствами;

- работа пласта, неоднородного по тепловым и фильтрационным свойствам.

- работа одиночного пласта при дополнительном вскрытии трещиной ГРП вышележащих непроницаемых пород;

Автору при рассмотрении данной проблемы удалось показать, что в то время как, расходометрия практически неинформативна при изучении неоднородного коллектора при наличии ГРП, диаграммы термометрии будут отражать реальное распределение фильтрационных свойств неоднородного пласта даже на фоне влияния трещины.

Результаты моделирования показали, что наличие трещины ГРП существенно влияет на распределение температуры в скважине и пласте. Однако в данном случае (в отличие от поля скорости) фактор ГРП, хотя и искажает результаты исследований, но не является определяющим. Этому есть несколько причин. Во-первых, хотя наличие трещины способно существенно перераспределить потоки флюида по глубине, но количество поглощенного пластом флюида все равно будет в основном зависеть от распределения фильтрационных свойств. Во-вторых, контраст

заполнителя трещины и вмещающей среды по тепловым свойствам на несколько порядков ниже, чем по проницаемости.

Возможность использования данных нестационарной термометрии на количественном уровне обоснована автором на базе известной аналогии в поведении полей температуры и упругих сил (давления) - таблица 1. Этот факт является предпосылкой использования для анализа температурных аномалий и диагностики влияющих на тепловое поле факторов богатого арсенала методических приемов, традиционно используемых при интерпретации результатов гидродинамических исследований.

Согласно данной аналогии, сходства в поведении полей давления и температуры следует ожидать в случае больших времен исследования скважины в режиме остановки и малых времен воздействия на скважину - когда механизм кондуктивного теплопереноса будет преобладать над конвективным. Для того чтобы максимально использовать общность в поведении давления и температуры необходимо оптимизировать технологию проведения исследований.

Таблица 1

Аналогии в теоретическом описании полей давления (врамках модели

Р- давление Т - температура

Закон переноса (фильтрации) Закон Дарси - вектор скорости фильтрации, к/ц -подвижность закон Фурье q = -\gradT Я - вектор плотности теплового потока, X-теплопроводность

Комплексный параметр, характеризующий особенности релаксации поля (коэффициент диффузии) Х=0.1+10м2/с -пьезопроводность к Х Кпцр ц - вязкость; Кп -пористость; к-Проницаемость; ^сжимаемость а=0.1-н10м2/с -температуропроводность X а = — с8 А - теплопроводность, с-удельная теплоемкость, у -плотность

Уравнение переноса Уравнение пьезопроводности Э2Р д2? Э!Р_1ЭР Зх2 + Эуг + &2 "х Эт Уравнение теплопроводности э2т э!т э2т _ 1 эт Эх2 + Эу2 + Эгг ~ а Эг

Радиус исследования 11„ссл=А/Л У- 1 К-нссл^ЯСЛ

Данный вывод подтвержден при моделировании особенностей формирования полей давления и температуры при наличии трещины ГРП в околоскважинном пространстве вблизи трещины для низкопроницаемого (0.1 мД) и высокопроницаемого (100 мД) коллекторов (рис. 2,3).

Действительно, если линейная симметрия поля давления при низкой проницаемости коллектора доминирует в течение практически всей продолжительности исследования (рис.2), то для теплового поля она характерна, только при резком снижении продолжительности теплового воздействия на пласт (рис.3). В этих условиях кривые изменения температуры во времени после остановки скважины в широком диапазоне времени (в функциональной шкале, аналогичной применяемой в ГДИС для диагностики линейных режимов течения /(<) = л/Т+У-л/г-х/г) практически линейны (рис. 4а), где Т, I - продолжительности работы и остановки скважины.

Расчеты на модели показали, что в рассматриваемом диапазоне фильтрационных свойств в условиях однофазного течения величина тангенса угла наклона касательной при

больших временах простоя скважины к кривым восстановления температуры (в функциональном масштабе времени, использованном на рис.4а) меняется прямо пропорционально проницаемости коллектора (рис.4б).

Таким образом, реализован наглядный способ оценки распределения проницаемости пласта по результатам нестационарной термометрии и показано, что термические исследования могут быть эффективной альтернативой расходометрии в малопроницаемых пластах с ГРП. Это является основным научным результатом, полученным автором по материалам, описанным в данной главе.

Глава 3 посвящена анализу информативных возможностей изучения низкопроницаемых неоднородных пластов-коллекторов, вскрытых трещиной ГРП гидродинамическими методами (ГДИС).

С помощью расчетов на модели автором проиллюстрирована недостаточная информативность стандартного комплекса гидродинамических исследований в условиях низкопроницаемых коллекторов с ГРП. Малая проницаемость исследуемых пластов в совокупности с протяженными трещинами не позволяют наблюдать на

кривой восстановления давления псевдорадиальный режим фильтрации по пласту при разумных и экономически целесообразных временах остановки скважины. Поэтому достоверность определения гидродинамических параметров в подобных условиях по результатам традиционных ГДИС невысока

В связи этим автором рассмотрена возможность определения гидродинамических параметров в добывающих скважинах на основе данных долговременного мониторинга параметров их работы.

Для обоснования методики интерпретации ГДИС применительно к нагнетательным скважинам автором на численной модели исследованы особенности поля давления, связанные с возникновением и периодическим развитием, смыканием, изменением во времени размеров нестабильной трещины по высоте и простиранию.

Рассмотрены особенности поведения давления, обусловленные возможным подключением к работе не вскрытых перфорацией коллекторов.

В рамках данной задачи также было изучено влияние неоднородности проницаемости пласта по вертикали, частичного охвата перфорацией и плоскостью трещины продуктивной толщи (рис. 5а), вскрытие трещиной нескольких (в том числе не перфорированных) продуктивных пластов (рис. 56).

Анализ результатов моделирования позволил автору заключить, что основой совершенствования методики ГДИС при вскрытии нестабильной трещиной ГРП низкопроницаемого неоднородного коллектора должно быть широкое использование активных технологий. Как известно, подобная технология предполагает целенаправленное воздействие на объект исследования с целью усиления информативного эффекта и подавления помех. На усиление информативного эффекта должна быть нацелена и методика интерпретации полученных результатов.

В соответствии с данным принципом автором предложено диагностировать нестабильные трещины и изучать их воздействие на пласты (в том числе в роли канала межпластового перетока) с помощью циклического исследования при целенаправленном изменении размеров трещины с различными репрессиями на пласт (учитывая, что трещина существует в режиме нагнетания и отсутствует в режиме остановки).

Принципиальное различие в результатах ГДИС по циклам в этом случае наблюдается при оценке интегральной гидропроводности вскрытой трещиной пластовой системы (при псевдорадиальном режиме фильтрации), рис. 5в,г.

Признаком перетока по нестабильной трещине является, во-первых, отрицательная величина скин-фактора, а во-вторых, закономерное изменение оцененной по ГДИС гидропроводности в связи с изменением дренируемой скважиной толщины пласта при смыкании (раскрытии) трещины. Данный эффект выражен наиболее наглядно если гидропроводность не вскрытых перфорацией пропластков ЕВп, подключаемых трещиной к работе, отличается от гидропроводности основной перфорированной части енп (рис. 5г).

Контраст в величине гидропроводности а=еперф/еД011, определенной для режимов открытой (КСД) и закрытой трещины (КПД) контролируется отношением гидропроводностей перфорированной и дополнительно подключаемой толщин коллекторов. О величине дополнительно подключаемой толщины можно судить по результатам промыслово-геофизических исследований.

Таким образом, сопоставление производной давления по времени в двойном логарифмическом масштабе для циклов работы и остановки скважины позволяет не только выявить переток жидкости в невскрытую перфорацией часть неоднородного пласта или другой пласт, но и позволяет определить свойства вскрываемого объекта и свойства дополнительно работающей системы пропластков (пластов).

Предложенная методика проведения ГДИС и интерпретации полученных результатов опробована в нагнетательных скважинах и рекомендована к промышленному внедрению.

В диссертации, также, рассмотрены возможности гидродинамических исследований при выявлении перетока по стабильной трещине и негерметичному цементному камню. Принципиальное отличие в диагностике по ГДИС этих явлений заключается в величине интегрального скин-фактора. В случае перетока по трещине ГРП скин-фактор имеет отрицательное, а при перетоке по заколонному пространству - положительное, часто аномально высокое значение.

Показано, что в большинстве случаев надежность заключения о наличии заколонного перетока по результатам одноцикличных гидродинамических исследований невысока вследствие сложности однозначного толкования результатов.

В частности при высокой проводимости канала переток ведет себя аналогично системе совместно вскрытых пластов, отличающихся фильтрационными свойствами и совершенством вскрытия.

Эффективное использование предлагаемых автором подходов было бы невозможным без комплексирования гидродинамических и промыслово-геофизических исследований скважин при тщательном учете всей сопутствующей геолого-промысловой информации о скважине и пласте. Ввиду важности данного вопроса ему посвящена следующая глава диссертации.

Очевидно, что для создания полноценной модели объекта, наиболее приближенной к реальности, не достаточно механического объединения всей получаемой информации.

В главе 4 рассмотрены возможности комплексирования гидродинамических, промыслово-геофизических и технологических исследований при решении специфических задач контроля разработки низкопроницаемых неоднородных коллекторов.

Под комплексированием предлагается понимать непрерывное накопление и анализ информации за весь период строительства и эксплуатации скважины с целью информационного обеспечения гидродинамической модели объекта разработки.

Автор выделяет два уровня накопления информации при наполнении гидродинамической модели (рис. 6). Первый уровень включает этапы бурения скважины, последующего освоения, дизайна и проведения ГРП. Эта информация, получаемая в основном по результатам геофизических исследований, изучения керна и пластовых флюидов характеризует начальное состояние пласта и скважины.

Основой накопления информации на втором уровне (при запуске скважины в работу и дальнейшей промышленной эксплуатации) базовыми являются результаты технологических, промыслово-геофизических и гидродинамических исследований. Эта информация носит динамический характер и определяет текущее состояние системы скважина-пласт.

Каждый уровень включает в себя решение специфических задач и вносит свой вклад наполнение гидродинамической модели. Автором были выделены несколько подобных задач, требующих комплексирования ТИ, ПГИ и ГДИС для обоснования и

настроики геолого-гидродинамическои модели неоднородных низкопроницаемых коллекторов.

Накопление Основные

информации информационные потоки

Специфические задачи комплексной интерпретации

Бурениеи крепление ствола

Прочностные свойства пород

Освоение после бурения

Литология, тип, емкостные свойства, насыщение коллектора

Чг

Дизайн и проведение ГРП

Освоение после ГРП

Состав н свойства пластового _флюида_

Фильтрационные свойства коллектора, включая ОФП

Геометрия, проводимость, скин-фактор трещины

Запуск скважины

4 X о со

о £

Технологический

I

Начальное и текущее энергетическое состояние, фильтрационные свойства и качество вскрытая пласта ^включая параметры трещины^

Характер и интенсивность взаимовлияния скважин

Перевод в ППД 1\

11

Технологическая закачка 1 1 -+* / / Межпластовые перетоки по стволу а трешане ГРП

I. Контроль изменения во времени параметров системы « добывающая скважина-пласт»,

II. Определение обобщенны* по объекту данных об относительных фазовых проницаемостях

IV. Контроль влияния нестабильных трещин в нагнетательных скважинах на эффективность системы ППД, уточнение размеров, определение ориентации трещин. Диагностика перетоков по трещинам и роли трещин на характер взаимовлияния скважин

Фильтрационная модель, постоянно действующая геолого-технологическая модель

Рис. 6 Информационное обеспечение моделирования малопроницаемых неоднородных коллекторов

Одна из задач касается неоднозначности интерпретации результатов исследований в процессе длительной эксплуатации добывающих скважин с ГРП в низкопроницаемых коллекторах. Неоднозначность связана с тем, что один и то же характер поведения скважины (изменения давления и расхода) может быть обусловлен влиянием нескольких, зачастую одновременно протекающих процессов:

- падением давления в залежи из-за низкой эффективности системы поддержания энергетики пласта и ограниченными размерами зоны дренирования;

- ухудшением проводящих свойств призабойной зоны вследствие загрязнения трещины, выноса пропанта и пр.;

- изменением фильтрационно-емкостных свойств коллектора при его обводнении, разгазировании нефти и пр.

Для раздельного изучения характера изменения во времени пластового давления и скин-фактора предложено использовать технологию исследований, включающую периодические предварительно спланированные остановки скважины совместно с данными непрерывного мониторинга забойного давления, дебита жидкости и состава притока (раздел 4.1).

К числу задач комплексной интерпретации, также требующей нестандартного подхода, относится получение данных об относительных фазовых проницаемостях (ОФП) пластов. Традиционно, основным источником информации об обобщенных фазовых проницаемостях являются лабораторные исследования кернового материала, которые впоследствии могут уточняться и модифицироваться по данным специальных гидродинамических исследований при закачке (Закиров С.Н. и др.).

Для рассматриваемых в работе сложнопостроенных низкопроницаемых неоднородных пластов-коллекторов сложность задания функций ОФП заключается в том, что в лаборатории на керне получают информацию на микро-уровне. То есть такие зависимости справедливы лишь для конкретного интервала, в котором был отобран образец керна. Если рассматривать эту информацию в масштабах скважины или пласта - она носит точечный характер, особенно в случае высокой степени неоднородности коллектора. Задача обобщения таких «точечных» данных по стволу скважины и по простиранию пласта не является тривиальной. Автором предложен подход к определению обобщенных функций ОФП на основании данных об интегральной проницаемости, полученных по результатам анализа падения давления и дебита (ёесНпе-анализ) для группы скважин участка месторождения (Раздел 4.2).

Для решения данной задачи в пределах блока залежи, для группы скважин с различным содержанием воды в продукции сопоставляют значения обводненности с результатами оценки фазовой проницаемости по ГДИС. Причем сопоставление проводят на начальном этапе разработки залежи, когда различие по обводнености между скважинами связано в основном с изменением насыщенности по простиранию пласта.

В разделе 4.3 На примере анализа результатов исследований реальных скважин по блоку залежи проиллюстрированы возможности комплексирования гидродинамических и промыслово-геофизических методов при насыщении постоянно-действующей гидродинамической модели залежи, которые позволили:

- оценить характер изменения размеров трещины в нагнетательной скважине в зависимости от интенсивности закачки;

- диагностировать смыкание трещин соседних скважин в единую гидродинамическую систему (возникновение магистральной трещины)

- доказать преобладающую роль фактора магистральной трещины в обводнении близрасположенных добывающих скважин;

- обосновать параметры оптимального режима закачки для предупреждения дальнейшего кинжального обводнения коллектора;

- выявить факт непроизводительной закачки в не вскрытые перфорацией толщины коллектора (ранее считаемые непроницаемыми);

Учет перечисленных факторов в гидродинамической модели позволил усовершенствовать ее адаптацию.

В заключении перечислены основные результаты, полученные автором:

1. Обоснование модели системы скважина-пласт в условиях вскрытия неоднородных малопроницаемых коллекторов трещиной ГРП для описания тепло-массопереноса.

2. На основе созданной в ПО Eclipse 300 модели выполнен анализ информативности основных методов промыслово-геофизического контроля -расходометрии и термометрии.

3. Установлена низкая эффективность расходометрии в присутствии трещины ГРП. Обоснована возможность оценки профиля притока/приемистости по данным термометрии в условиях линейной геометрии теплового поля.

4. Обоснована технология проведения исследований, обеспечивающая формирование в пласте теплового поля с линейной симметрией, что легло в основу предложенной методики разделения профиля проницаемости

5. Изучены закономерности формирования поля давления в условиях возникновения перетоков по заколонному пространству и трещине ГРП.

6. Изучены закономерности формирования поля давления в условиях наличия нестабильных трещин в нагнетательных скважинах. Предложено использование активных технологий ГДИС, заключающихся в целенаправленном управлении размерами трещины при циклической репрессии на пласт.

7. На базе концепции информационногом насыщения геолого-гидродинамической модели предложен системный подход к решению задач, специфических для вскрытого трещиной ГРП малопроницаемого коллектора:

контроль длительной эксплуатации работы добывающих скважин;

- определение обобщенных функций ОФП;

- контроль влияния нестабильных трещин в нагнетательных скважинах на эффективность системы ППД.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кокурина В.В. Роль гидродинамических исследований скважин в комплексе ГИС, //Сборник трудов 60-й студенческой научной конференции «нефть и газ - 2006».

2. Кокурина В.В. Возможности промыслового анализа при информационном обеспечении гидродинамического моделирования //Сборник тезисов III Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Геоперспектива» - 25 марта 2009 г. - Москва.

3. Кременецкий М.И., Кокурина В.В. Информативные возможности ГДИС при наличии заколонных перетоков //Материалы 7-ой международной научно-технической конференции "Современные технологии гидродинамических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений" - Томск -2007 - С.5-7.

4. Кременецкий М.И., Кокурина В.В. Информативные возможности гидродинамических исследований при выявлении заколонных перетоков в нагнетательных скважинах //Материалы 8-ой международной научно-технической конференции "Современные технологии гидродинамических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений" - Томск - 2008 - С.23-25.

5. Кременецкий М.И., Кокурина В.В. Диагностика и изучение нестабильных трещин в нагнетательных скважинах гидродинамическими и промыслово-геофизическими методами //Материалы 10-ой международной научно-технической конференции "Современные технологии гидродинамических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений" - Томск - 2010 - С. 11-12.

6. Гуляев Д.Н., Кокурина В.В., Кременецкий М.И., Мельников С.И. Непрерывный мониторинг, как единственный информативный способ гидродинамических исследований низкопроницаемых гидроразрывных пластов //Материалы 11-ой международной научно-технической конференции "Современные технологии гидродинамических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений" - Томск - 2011 - С.14-15.

7. Фахретдинов Р.Н., Кременецкий М.И., Ипатов А.И., Рыжков В.И., Кричевский

B.М., Кокурина В.В, Афанасьева JI.A. Опыт применения компанией «Газпром нефть» автоматизированного обрабатывающего комплекса и корпоративной базы данных исследований «Гидра-тест» //Нефтяное хозяйство - № 10 - 2006 - С.86-89.

8. Кременецкий М.И., Кокурина В.В. Интерпретация результатов гидродинамических исследований скважин при наличии заколонных перетоков // SPE- 115323,2008г.

9. УДК 378(075,8):622.24 Разделы 4.7 и 4.9 в учебном пособии Гидродинамические и прмыслово-технологические исследования скважин, Кременецкий М.И., Ипатов А.И., 2008 г, написанные совместно с Кременецким М.И., касающиеся теории и методики интерпретации ГДИС при наличии заколонных перетоков.

Ю.М.Устюгов, JI. Никурова, В. Кокурина Формирование системы мониторинга и контроля с помощью погружных датчиков //Нефтегазовая вертикаль: национальный отрасл. журн. -2009. - № 12. - С. 45-47.

11. Кокурина В.В., Нуриев М.Ф., Ипатов А.И. Кременецкий М.И. Стационарные информационно-измерительные системы, как новый элемент промыслово-геофизического контроля //Сборник тезисы докладов XVIII Губкинских чтений -24-25 ноября 2009 г. - Москва - С.160-162.

12. A.B. Барышников, Э.Ф. Габдрашитов, Л.Ф. Никурова, Д.Н. Гуляев, В.В. Кокурина, М.И. Кременецкий Формирование системы промыслового мониторинга на основе долговременных исследований стационарными датчиками на приеме насоса //Нефтяное Хозяйство - №1 - 2010 - С.2-5.

13.Кокурина В.В. Влияние нестабильных трещин разрыва в нагнетательных скважинах на результаты ГДИС //НТВ Каротажник - №190 - 2010 - выпуск 1. - С. 81-97.

14.Sidorenko, A. Baryshnikov and A. Brezin, Gazpromnefit-Khantos, М. Kremenetskiy, V. Kokurina Gazpromneft-NTC Specifics of Application of Dual Completion on Priobskoye Field //SPE - 138089 - 2010.

15. Кременецкий М.И., Кокурина В.В. Активные технологии контроля разработки для повышения эффективности системы ППД //Тезисы Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии - основа реализации стратегии блока разведки и добычи ОАО «Газпром нефть» - 1-3 октября 2010г. -г.Санкт-Петербург.

16. Барышников A.B., Сидоренко В.В., Кокурина В.В., Кременецкий М.И., Мельников

C.И., Ридель A.A. Решение проблемы интерпретации результатов гидродинамических исследований низкопроницаемых коллекторов с гидроразрывом на основе анализа снижения дебита скважин //Нефтяное Хозяйство -№2-2010.

17.Кокурина В.В. Информативность промыслово-геофизических исследований при исследовании пласта, вскрытого трещиной гидроразрыва //НТВ Каротажник -№204-2011 - выпуск 6.

Заказ № 67-П/01/2012 Подписано в печать 24.01.2012 Тираж 120 экз. Усл. п.л.1,5

ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.ru; е-таИ:info@cfr.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кокурина, Валентина Владимировна, Москва

61 12-5/1463

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И

ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи

Кокурина Валентина Владимировна

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ ПЛАСТОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ПРИ

ГИДРОРАЗРЫВЕ ПЛАСТА

Специальность 25.00.10 - «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н., профессор Кременецкий М.И.

Москва 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................6

ГЛАВА 1 ГИДРОРАЗРЫВ, КАК ОДИН ИЗ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРИТОКА ИЗ МАЛОПРОНИЦАЕМЫХ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ.................................................................15

1.1 Общие вопросы гидроразрыва пласта.........................................................16

1.1.1 История и опыт применения ГРП............................................................20

1.1.2 Технологии ГРП..........................................................................................23

1.1.2.1 Традиционные технологии...................................................................23

1.1.2.2 Современные технологии ГРП............................................................24

1.1.2.3. Жидкости разрыва...............................................................................26

1.1.2.4 Проппанты............................................................................................30

1.1.3 Модели геометрии трещины и дизайн ГРП.............................................34

1.1.3.1 Основные закономерности формирования трещин ГРП с точки зрения подземной геомеханики.......................................................................34

1.1.3.2 Геометрические размеры трещины.....................................................37

1.1.3.3 Ориентация трещины в пространстве Напряженное состояния пород и ориентация трещины по простиранию пласта.............................................41

1.1.3.4 Основные модели трещины ГРП.........................................................43

1.1.3.5 Расширенная оценка ГРП.....................................................................50

1.2 Исследование скважин с гидроразрывом пласта.....................................52

1.2.1 Контроль проведения ГРП........................................................................53

1.2.2 Контроль параметров трещины ГРП......................................................55

1.2.3 Контроль работы пласта, вскрытого трещиной ГРП...........................59

1.2.3.1 Гидродинамические исследования......................................................61

1.2.3.2 Непрерывный мониторинг и анализ падения производительности скважины..........................................................................................................65

1.2.3.3 Промыслово-геофизические исследования.........................................67

1.3 Обоснование актуальных проблем контроля разработки при вскрытиии

низкопроницаемого коллектора трещиной ГРП..............................................68

1.3.1 Коллекторы с низкой проницаемостью, как специфический объект для гидроразрыва.......................................................................................................69

1.3.2 Особенности трещин ГРП при вскрытии малопроницаемой неоднородной продуктивной толщи..................................................................70

1.3.3 Нестабильные трещины разрыва в нагнетательных скважинах..........71

1.3.4 Задачи совершенствования системы контроля разработки низкопроницаемых неоднородных коллекторов с применением ГРП.............73

1.3.4.1 Контроль характера изменения во времени параметров трещины ГРП в эксплуатационных скважинах......................................................................74

1.3.4.2 Диагностика и контроль параметров нестабильной трещины ГРП в нагнетательных скважинах..............................................................................74

1.3.4.3 Оценка параметров неоднородных пластов, вскрытых трещиной ГРП ...........................................................................................................................75

1.3.4.4 Контроль динамики изменения параметров пластов, вскрытых трещиной ГРП во времени..............................................................................75

1.3.4.5 Контроль текущей эффективной работающей мощности коллекторов, вскрытых трещиной ГРП..........................................................76

1.3.4.6. Выявление и оценка межпластовых перетоков по трещине ГРП....76

1.3.4.7 Оценка эффекта от выравнивания профиля притока (приемистости)-ВПП в условиях гидроразрыва пласта............................................................77

1.3.4.8 Оценка влияния трещин разрыва на систему разработки в целом. ...77

1.3.5 Модель скважины в малопроницаемом неоднородном пласте, вскрытом

трещиной ГРП....................................................................................................78

ГЛАВА 2 ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ КОНТРОЛЕ РАБОТЫ МАЛОПРОНИЦАЕМЫХ

КОЛЛЕКТОРОВ, В СКВАЖИНАХ С ГРП........................................................82

2.1 Построение численной модели системы «скважина пласт» с трещиной гидроразрыва.........................................................................................................84

2.2 Анализ информативности расходометрии.................................................86

2.2.1 Общие закономерности формирования профиля работы неоднородного по глубине пласта вскрытого трещиной ГРП..................................................86

2.2.2 Влияние распространения трещины в пределах непроницаемых вмещающих пород...............................................................................................88

2.2.3 Влияние вскрытия трещиной соседних неперфорированных коллекторов (межпластовые перетоки по трещине)............................................................89

2.2.4 Влияние частичного загрязнения трещины..............................................90

2.3 Анализ информативности нестационарной термометрии.......................92

2.3.1 Общие закономерности тепломассопереноса в пласте, вскрытом трещиной ГРП....................................................................................................93

2.3.2 Особенности эксперимента по оценке характера влияния трещин гидроразрыва на результаты термометрии....................................................99

2.3.3 Постановка задачи об информативности количественного анализа результатов термометрии.............................................................................102

Выводы по главе................................................................................................111

ГЛАВА 3 ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПРИ КОНТРОЛЕ РАЗРАБОТКИ МАЛОПРОНИЦАЕМЫХ

КОЛЛЕКТОРОВ, В СКВАЖИНАХ С ГРП......................................................113

з

3.1 Информативность современных технологий гидродинамических исследований.....................................................................................................114

3.1.1 Стандартные циклические ГДИС...........................................................115

3.1.2 ГДИС при анализе падения производительности скважин..................122

3.1.2.1 Границы и особенности практического использования метода......124

3.1.2.2 Условия применимости метода.........................................................125

3.1.2.3 Критерии информативности метода..................................................126

3.1.2.4 Результативность метода...................................................................128

3.1.3 Основные задачи совершенствования гидродинамических исследований ............................................................................................................................133

3.2 Совершенствование ГДИС при выявлении и оценке межпластовых перетоков.............................................................................................................134

3.2.1 Модель заколонного межпластового перетока.....................................135

3.2.2 Результативность ГДИС при выявлении перетока по негерметичному цементному камню...........................................................................................138

3.2.3 Совершенствование ГДИС при выявлении перетоков по трещине

гидроразрыва.....................................................................................................144

Выводы...............................................................................................................146

3.3 Исследование нестабильных трещин разрыва в нагнетательных скважинах...........................................................................................................147

3.3.1 Численная модель массопереноса при формировании нестабильных трещин..............................................................................................................148

3.3.2 Результаты моделирования поля давления............................................149

3.3.3 Практическое применение результатов моделирования......................156

3.3.4 Основные закономерности поведения гидродинамических параметров в пласте, выявленные на основе численного моделирования.............................162

Выводы по главе................................................................................................163

ГЛАВА 4 КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ СЛОЖНЫХ ЗАДАЧ КОНТРОЛЯ

РАЗРАБОТКИ МАЛОПРОНИЦАЕМЫХ ПЛАСТОВ ПРИ

ГИДРОРАЗРЫВЕ.................................................................................................166

4.1 Контроль изменения во времени параметров системы «скважина-пласт» (добывающие скважины).....................................................................171

4.1.1 Долговременный мониторинг с учетом дополнительных данных о падении среднего пластового давления в зоне дренирования.........................171

4.1.2 Долговременный мониторинг при существенном влиянии нестационарных границ резервуара................................................................182

4.2 Определение функций относительных фазовых проницаемостей (ОФП) по данным долговременного мониторинга забойных параметров............188

4.2.1 Постановка задачи..................................................................................188

4.2.2 Теоретические предпосылки....................................................................188

4.2.3 Получение зависимости текущей фазовой проницаемости и насыщенности на основе ГДИС......................................................................191

4.2.4 Методика пересчета текущих фазовых проницаемостей к условиям начальной насыщенности пласта....................................................................195

4.3 Комплексный динамический анализ при разработке малопроницаемых коллекторов с применением технологии ГРП...............................................199

4.3.1 Обзор технологии проведения исследований..........................................201

4.3.2 Анализ циклов падения забойного давления (КПД).................................203

4.3.3 Анализ циклов стабилизации забойного давления (КСД).......................204

4.3.4 Анализ влияния нагнетания на соседние добывающие скважины........206

4.3.5 Обобщение результатов гидродинамических исследований.................209

4.3.6 Анализ результатов промыслово-геофизических исследований (ПГИ) 211 ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................216

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................218

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время 65-75% всех мировых промышленных запасов нефти относят к категории трудноизвлекаемых (в отдельных нефтегазоносных регионах этот показатель достигает 100%). Среди базовых критериев принадлежности запасов к этой категории выделяют экономическую рентабельность, низкую продуктивность, высокую вязкость нефти, наличие подгазовых зон, низкую проницаемость коллектора. Последний из перечисленных критериев является одним из основных. По различным оценкам, в структуре запасов России залежи с трудноизвлекаемыми углеводородами составляют более половины разведанных запасов - от 60 до 70% , при этом в низкопроницаемых пластах сосредоточена их превалирующая доля (около 40%). Для таких коллекторов характерны высокая степень неоднородности фильтрационно-емкостных свойств по разрезу и простиранию пласта в целом, высокое содержание связанной воды, наличие непроницаемых или слабопроницаемых границ (перемычек) в пределах одного литологического тела.

Необходимым условием вовлечения подобных объектов в разработку является активное внедрение методов интенсификации притока для обеспечения экономической рентабельности добычи. К наиболее распространенным и эффективным среди них на сегодняшний день в практике мировой и отечественной нефтегазовой индустрии относится гидроразрыв пласта (ГРП).

Этот метод становится важным элементом системы разработки месторождений, позволяя увеличить продуктивность скважины по сравнению с первоначальной в несколько раз, а также обеспечивая рост темпа извлечения углеводородов, вскрытие незатронутых при бурении ствола скважины пропластков и слабодренируемых зон пласта, охват их заводнением.

Преобладающая часть научных разработок в области изучения ГРП касается, прежде всего, исследования факторов, влияющих на успешность данной технологии, оценки ее эффективности, совершенствования дизайна трещин разрыва, повышения результативности контроля технологических операций при проведении ГРП.. В первую очередь изучаются вопросы о том, какую геометрию имеет созданная трещина, и как она влияет на производительность скважины.

В то же время проблемам контроля разработки продуктивных объектов в условиях их вскрытия трещинами ГРП в процессе последующей длительной работы

6

скважин пока уделяется мало внимания. Прежде всего, это связано с недостаточной изученностью многих методических и технологических аспектов исследований пластов, вскрытых трещинами ГРП.

Основной объем информации о состоянии пласта при наличии ГРП и параметрах трещины (в первую очередь об интегральных фильтрационных свойствах и характеристиках совершенства вскрытия пласта) сегодня дают гидродинамические исследования скважин (ГДИС).

Высокий информативный потенциал имеют и промыслово-геофизические исследования (ПГИ) действующих скважин, однако он пока используется далеко не полностью. Практически не изучены возможности методов ПГИ в присутствии трещины гидроразрыва при определении профиля притока (приемистости), оценке распределения проницаемости по высоте пласта, диагностике межпластовых перетоков. Не исследованы также возможности способы диагностики и количественной интерпретации межпластовых перетоков по нестабильным трещинам разрыва.

Традиционно интерес исследователей сосредоточен в основном на закрепленных проппантом трещинах ГРП в эксплуатационных скважинах. Гораздо меньшее внимание уделяется нестабильным трещинам в нагнетательных скважинах (при так называемом «авто ГРП»). Причиной их возникновения является высокая репрессия на пласт (превышение давления нагнетания предела прочности пород) при интенсивной закачке. Специфика нестабильных трещин заключается в зависимости размеров (как по простиранию, так и по высоте) от величины давления нагнетания, что является предпосылкой управления размерами трещин при исследованиях.

Существует еще одна проблема, связанная с контролем состояния низкопроницаемых пластов, вскрытых с помощью гидроразрыва. В процессе эксплуатации параметры трещин и прискважинной зоны непрерывно трансформируются. Меняется состав притока, геометрические размеры, степень загрязнения поверхности, а также проводимость трещины. Традиционно учет этих факторов обеспечивают периодическим повторением гидродинамических исследований. Однако в малопроницаемых коллекторах подобный формальный подход встречает серьезное препятствие. Длительность ГДИС, необходимая для получения качественного результата, должна быть столь велика, что значения определяемых

параметров за это время успевают существенно измениться. В этих условиях как технология проведения исследований скважин, так и методы интерпретации результатов должны быть существенно модернизированы.

И наконец, нельзя не упомянуть о необходимости совершенствования подходов к комплексированию промыслово-геофизических и гидродинамических методов для изучения особенностей поведения, а также изменения свойств малопроницаемого пласта с ГРП в течение длительного периода эксплуатации. Подобный подход является информационной основой настройки трехмерной фильтрационной модели залежи.

Цель работы

Названные выше проблемы определили основную цель представляемой диссертационной работы, состоящую в усовершенствовании технологии проведения, методов интерпретации промыслово - геофизических и гидродинамических исследований при контроле разработки малопроницаемых пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве.

Основные задачи исследований

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи:

1) Анализ современного состояния комплекса промыслово-геофизических и гидродинамических исследований при контроле разработки коллекторов, вскрытых трещиной гидроразрыва.

2) Обоснование аналитической и численной модели тепломассопереноса в неоднородном малопроницаемом коллекторе, работающем в условиях гидроразрыва.

3) Изучение на численной модели особенностей полей давления, скорости и температуры, обусловленных вскрытием низкопроницаемого пласта трещиной гидроразрыва.

4) Теоретический (на основе результатов моделирования) и экспериментальный анализ информативности геофизических и гидродинамических методов (определения приток-состава и термометрии) при контроле динамики работы низкопроницаемых коллекторов, вскрытых трещиной ГРП, в том числе за пределами интервала перфорации. Усовершенствование технологии проведения и методики интерпретации результатов исследований действующих скважин при оценке профиля притока и приемистости и изучении межпластовых перетоков.

5) Теоретический и экспериментальный анализ информативности геофизических и гидродинамических методов при изучении нестабильных трещин в нагнетательных скважинах. Усовершенствование технологии проведения и методики интерпретации исследований скважин при диагностике и определении параметров нестабильных трещин.

6) Теоретический и экспериментальный анализ информативных возможностей промыслово-геофизических и гидродинамических исследований при длительной эксплуатации низкопроницаемых коллекторов с гидроразр