Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение достоверности определения подсчетных параметров пластов-коллекторов нефтяных месторождений Западной Сибири

ВАК РФ 25.00.12, Геология, поиски и разведка горючих ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Борщев, Владимир Владимирович

Введение.

1. Общая характеристика проблемы выделения коллекторов в разрезах скважин месторождений нефти и газа Западной Сибири.

1.1. Геологические особенности разрезов скважин.

1.2. Краткий обзор способов и методик выделения коллекторов в терригенном разрезе Западной Сибири.

2. Существующие представления о геологической неоднородности и обзор способов описания эффективных свойств горных пород.

2.1. Неоднородность горных пород-коллекторов как предмет изучения.

2.2. Существующие петрофизические модели терригенных горных пород-коллекторов как основа решения геологических задач по данным геофизических исследований скважин. Общая характеристика.

2.3. Теория протекания (перколяции) и ее применение при решении задачи выделения коллекторов.

2.3.1. Горная порода-коллектор как перколяционная система.

2.4. Современные теоретические представления теории неупорядоченных систем. Основные элементы теории перколяции.

2.4.1. Решёточные задачи теории перколяции.

2.4.2. Определение критических индексов и порога перколяции с помощью ренормгруппового приближения.

2.4.3. Эффективная проводимость перколяционных систем.

2.4.4. Непрерывные континуальные задачи теории протекания.

2.4.5. Перколяционные задачи для разнодисперсных систем.

2.4.6. Влияние конечных размеров на свойства перколяционных систем. Универсальность. Подобие и самоподобие.

3. Исследование поведения геолого-геофизических параметров терригенных горных пород на границе «коллектор-неколлектор». Обоснование методики решения задачи выделения коллекторов по данным ГИС и керна.

3.1. Поведение геолого-геофизических параметров горных пород на границе «коллектор-неколлектор».

3.1.1. Исследование взаимосвязей физико-литологических параметров.

3.2. Петрофизическая модель фильтрационно-емкостных свойств продуктивных отложений тюменской свиты Шаимского района (на примере Ловинского месторождения). Петрофизическая модель горных пород-коллекторов неоднородной текстуры и ее существенные параметры.

3.2.1. Взаимосвязи геофизических параметров и

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение достоверности определения подсчетных параметров пластов-коллекторов нефтяных месторождений Западной Сибири"

Выделение коллекторов и количественная оценка их параметров - одна из важнейших задач, решаемая для создания геологической модели месторождений нефти и газа, а также подсчета запасов углеводородного сырья.

На сегодняшний день в Западной Сибири основными для изучения и разработки становятся нетрадиционные коллекторы сложного структурного и текстурного строения.

Достоверность выделения таких коллекторов базируется на обосновании взаимосвязей геолого-геофизических параметров горных пород. В связи с этим создание петрофизических моделей текстурно-неоднородных коллекторов по данным геофизических исследований скважин является актуальной научной задачей.

Цель диссертационной работы.

Повышение геологической эффективности применения данных геофизических исследований скважин для выделения сложнопостроенных коллекторов и определения их фильтрационно-емкостных свойств.

Основные задачи исследований.

1. Выявить структурно-текстурные неоднородности горных пород и обосновать выбор способов количественного описания их фильтрационно-емкостных свойств и геофизических параметров.

2. Изучить по результатам обработки керна поведение фильтрационно-емкостных свойств горных пород на границе перехода «коллектор -неколлектор».

3. Установить влияние масштабных эффектов на эффективные свойства объекта по данным геофизических исследований скважин, результатам их испытания с целью определения геологических параметров и фильтрационных характеристик проницаемой части коллекторов.

4. Разработать и опробовать методики выделения горных пород -коллекторов по петрофизических данным, результатам ГИС и испытания.

Основные защищаемые положения.

1. Петрофизическая модель текстурно-неоднородной горной породы как бидисперсная перколяционная система.

2. Методика комплексной интерпретации данных геофизических исследований скважин обеспечивает высокую достоверность выделения текстурно-неоднородных пластов коллекторов и определения их фильтрационно-емкостных свойств.

3. Учет масштабных эффектов при интерпретации результатов геофизических и гидродинамических исследований скважин позволяет достоверно определить гидродинамические параметры проницаемых частей пластов-коллекторов. Научная новизна работы.

1. На основе петрофизического моделирования разработана методика выделения сложнопостроенных терригенных коллекторов по данным комплекса методов геофизических исследований скважин.

2. Разработана методика определения фильтрационно-емкостных свойств текстурно-неоднородных пластов-коллекторов на основе комплексирования методов геофизических исследований скважин.

3. Установлены закономерности изменения граничных значений фильтрационно-емкостных свойств и геофизических параметров коллекторов в зависимости от их текстурно-структурных особенностей.

4. Обоснована зависимость гидродинамических параметров объектов от размера области их исследования.

Практическая значимость и реализация работы.

Основные положения диссертационной работы, полученные лично автором и при его непосредственном участии, послужили основой разработки методики определения подсчетных параметров пластов Черногорского месторождения по данным геофизических исследований скважин. Методика защищена на секции нефти и газа экспертно-технического совета ГКЗ РФ (протокол от 29 июня 2000г.) и использована при подсчете запасов этого месторождения. Разработанные в диссертации методики повышают достоверность выделения текстурно-неоднородных пластов коллекторов и точность определения их подсчетных параметров.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на всероссийских, областных и зональных конференциях: Всероссийской научной конференции «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна» в г.Тюмени (2000г.) и ежегодных научно-практических конференциях «Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО» г.Ханты-Мансийск (1999, 2000, 2001гг.). Предложенные методики и модели апробированы на научно-техническом совете 6

СП «Черногорское», на секции нефти и газа экспертно-технического совета государственной комиссии по запасам Российской федерации. По теме диссертации автором опубликовано семь работ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из «Введения», четырех глав: «Общая характеристика проблемы выделения коллекторов в разрезах скважин месторождений нефти и газа Западной Сибири»; «Существующие представления о геологической неоднородности и обзор способов описания эффективных свойств горных пород»; «Исследование поведения геолого-геофизических параметров терригенных горных пород на границе «коллектор-неколлектор». Обоснование методики решения задачи выделения коллекторов по данным геофизических исследований скважин и керна»; «Влияние масштабных явлений на геолого-геофизические характеристики горных пород» и «Заключения». Она содержит 171 страницу текста, 10 таблиц, 71 рисунок, список литературы включает 155 наименований.

В представленной работе обобщен опыт автора, который занимался моделированием сложнопостроенных коллекторов, а также методиками интерпретации данных геофизических исследований скважин с 1991г.

С 1996 года исследования проводились под непосредственным руководством к.г.-м.н. В.А. Ефимова.

В своей научной работе диссертант пользовался консультациями, советами и материалами Е.А. Теплякова, д.г.-м.н., профессора Е.В. Лозина, д.ф.-м.н., профессора М.М. Хасанова, к.г.-м.н. А.В. Мальшакова, к.г.-м.н. Е.А. Романова, к.г.-м.н. Ю.А. Кузьмина, к.г.-м.н. В.А. Волкова, к.г.-м.н. А.Н. Сидорова, к.г.-м.н. Г.С. Кузнецова, к.г.-м.н. С.В. Торопова, к.т.н. Э.А. Ахпателова, к.г.-м.н. В.В. Косова, В.В. Быкова. Автор выражает всем искреннюю благодарность.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка горючих ископаемых", Борщев, Владимир Владимирович

Выводы

1. Исследовано поведение геолого-геофизических параметров терригенных горных пород на границе коллектор-неколлектор. При этом показано, что граничные значения коэффициентов пористости и проницаемости определяются структурно-текстурными особенностями горных пород.

2. Установлено, что у горных пород неоднородной структуры и текстуры имеет место спектр граничных значений пористости и проницаемости. Для структурно-неоднородных горных пород коллекторов граничные значения коэффициентов пористости и проницаемости определяются объемной структурой межзернового каркаса и содержанием в порах глинистого материала. Граничные значения коэффициентов пористости и проницаемости текстурно-неоднородных коллекторов определяются свойствами проницаемой матрицы и долей непроницаемых микропрослоев и включений. Чем лучше свойства проницаемой матрицы, тем при большем содержании непроницаемых прослоев и включений терригенная горная порода имеет свойства коллектора в сравнении с горной породой с пониженными емкостными и фильтрационными свойствами проницаемой матрицы.

3. В соответствии с выявленным спектром граничных значений фильтрационно-емкостных свойств коллектора наблюдается спектр граничных значений геофизических параметров.

4. Выделение коллекторов сложной структуры и текстуры по геофизическим данным необходимо производить на основе комплексирования методов различной петрофизической основы, что существенно сужает область неопределенности решения задачи.

5. На основе проведенных исследований поведения геолого-геофизических параметров структурно- и текстурно-неоднородных терригенных горных пород разработана методика выделения коллекторов, которая повышает геологическую эффективность и достоверность решения искомой задачи.

6. Разработана и апробирована методика определения фильтрационно-емкостных свойств структурно- и текстурно-неоднородных коллекторов по данным, широко используемым в практике, геофизических методов исследований скважин, повышающая точность определения коэффициентов пористости и проницаемости.

4. Влияние масштабных явлений на геолого-геофизические характеристики горных пород

Геологической особенностью коллекторов месторождений Западной Сибири является высокая степень неоднородности различного масштаба от микро- до макроуровня. Текстуры горных пород - как массивные (однородные), так и слоистые, с включениями и прослойками непроницаемых разностей размером от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Интерпретируемые пласты и пропластки, выделяемые по данным геофизических исследований скважин( ГИС), имеют толщины от долей метра до нескольких метров. При этом на пропластки толщиной менее одного метра приходится 70-80%.

При интерпретации геолого-геофизических данных наличие подобных неоднородностей вносит необходимость выделения различных масштабных уровней: масштабы порядка размеров зёрен песчаной матрицы; масштабы порядка размеров непроницаемых прослоев и включений; масштабы порядка размеров пластов горных пород.

Предлагается иерархическая структура обработки всей геолого-геофизической информации, включая данные керна, геофизические исследования скважин, гидродинамические исследования и промысловые испытания. С учетом иерархического строения коллектора, который с точки зрения физики неупорядоченных сред представляется бидисперсной перколяционной системой с разномасштабными элементами, возможна дифференциация зоны неоднозначности по параметрам, определяющим фильтрационно-емкостные свойства горных пород. В результате установлено наличие непрерывного спектра граничных значений ФЕС и геофизических параметров вместо одного значения, принимаемого на практике.

4.1. Явление масштабного эффекта

Понятие об однородности или неоднородности объекта не может быть введено корректно без указания определяющей области задачи, для решения которой необходима та или иная квалификация объекта.

Под определяющей в задаче, а в промысловой геофизике областью (радиусом) исследования, понимается часть объема горных пород, свойства которого определяют результат решения задачи.

При проведении исследований для решения задач промысловой геофизики главными могут быть: часть площади шлифа или его линия в плоскости при количественно-минералогическом анализе породы; образец горной породы, на котором устанавливаются фильтрационно-емкостные и физические свойства; пласт, слой, пропласток разной литологии, изучаемые методами ГИС в разрезах скважин. В зависимости от отношения размера области исследования к размеру элемента неоднородности горную породу можно рассматривать как однородную или как неоднородную среду.

М.В. Рацем в работе [36] предложена классификация объектов по неоднородности. В ее основу положено соотношение размеров области исследования L и размеров элемента неоднородности /. На рис.4.1 приведена диаграмма структурной неоднородности.

L,m

Структура, ярус

Пласт, слой

Керновый образец

Методы физики твердого тела

Размер области исследования

10~8 10"5 ю-2 101 10

IV III II I

Размер элементов неоднородностей ю4 1,м

Рис. 4.1. Диаграмма структурной неоднородности [36]

По оси абсцисс диаграммы отложен линейный размер / элементов неоднородности, по оси ординат - линейный размер L определяющей области экспериментов. Заштрихованная полоса на диаграмме разграничивает две площади: верхнюю, отвечающую однородной среде, и нижнюю, отвечающую неоднородной среде. Для верхней площади характерно соотношение L»/, для нижней - /«/. В верхней области (/-»/) можно предположить некую эквивалентную микроскопически однородную среду, обладающую в среднем теми же свойствами, что реальная микроскопически неоднородная среда.

Нижней области (L«l) соответствуют микроскопически неоднородные объекты: их свойства будут меняться при переходе от одного элемента неоднородности к другому. Заштрихованное поле на диаграмме отвечает соотношению /</. При характерном в этом случае небольшом числе элементов неоднородности в определяющей области их свойства не осредняются в достаточной степени, и объект отличается сильным разбросом свойств. Понятно, что три выделенных поля характеризуются постепенными переходами и резкие границы на диаграмме могут быть проведены лишь условно. Я.Б. Фридман (1956) и вслед за ним М.В. Рац (1966) проводят границу между полями однородных и неоднородных объектов по соотношению LII =10.

Однако, как будет показано ниже, это соотношение имеет большее значение.

Таким образом, по величине L/I в каждой конкретной задаче выделяются:

1. Ультранеоднородность, выступающая в форме свойств эквивалентной однородной среды. Например, неоднородность 4 порядка (дефект кристаллической решетки) при опробовании скважин и проведении ГИС.

2. Микронеоднородность, обусловливающая разброс значений паолученных результатов. Размер элементов этой неоднородности на полтора -два порядка меньше области исследования. Это, например, неоднородность 3 порядка (петрографическая) при петрофизических исследованиях образцов керна, неоднородность 2 порядка (включения линзочек и слойков глин) при геофизических исследованиях пластов.

3. Макронеоднородность, размер элементов которой больше размеров области (радиуса) исследования или примерно равен ему. Такова, например, неоднородность 2 порядка (наличие слабых прослоев, линзочек) при изучении образцов горных пород.

Ультранеоднородность не препятствует рассмотрению горной породы как однородной среды, микронеоднородность осложняет это рассмотрение и вводит в него элемент случайности. Макронеоднородность усиливает разброс результатов измерений и обусловливает "систематическое" изменение свойств пород в пространстве (в разрезе скважины). Чем больше определяющая область, тем большая часть неоднородности переходит через разряд макронеоднородности в разряд микро-, а затем ультранеоднородности.

При геофизических исследованиях разрезов скважин изучается макронеоднородность. При этом нужно различать "случайную" неоднородность и "закономерную" изменчивость [150]. Первая включает микронеоднородность и частично макронеоднородность. При фиксированном размере элементов неоднородности закономерность в их размещении, а следовательно, и достоверность об их физических свойствах выявляются лишь тогда, когда размер области изучения (радиус исследования, длина зонда, база зонда) меньше размеров элементов неоднородности.

Таким образом, если длина зонда ( размер области исследования метода ГИС) меньше размера элементов неоднородности (толщины пласта, пропластка, размера зоны проникновения) неоднородность проявляется как закономерная; если же длина зонда больше размера неоднородности, неоднородность проявляет свойство случайной. Принятие "закономерной" или "случайной" модели неоднородности зависит от масштаба исследования. При фиксированной длине зонда мы в состоянии выделить все те элементы макронеоднородности, размер которых больше или по крайней мере равен длине зонда, базе зонда (радиусу исследования метода).

Необходимо сделать замечание относительно характерной величины отношения размеров определяющей области к размерам элементов неоднородности, которая позволяет отнести неоднородность к микронеоднородной. Из опубликованных данных по электропроводности моделей горных пород (М.Р. Вилли, А.Р. Грегори) [149] и скорости ультразвуковых волн в модели трещинной породы следует, что влияние масштабных эффектов заканчивается при достижении величины отношения LII = 25-30.

В табл. 4.1 на основе отношения L// = 25 и радиусов исследования методов ГИС приведены размеры элементов неоднородности, ниже которых пласты, пропластки могут рассматриваться как квазиоднородные.

Заключение.

Наиболее существенные результаты диссертационной работы:

1. Исследование поведения геолого-геофизических параметров терригенных горных пород на границе коллектор-неколлекор показало, что граничные значения коэффициентов пористости и проницаемости определяются структурно-текстурными особенностями горных пород.

2. Установлено, что горные породы неоднородной структуры и текстуры имеют спектр граничных значений пористости и проницаемости. Для структурно-неоднородных пород-коллекторов граничные значения коэффициентов пористости и проницаемости определяются объемной структурой межзернового каркаса и содержанием в порах глинистого материала. Граничные значения коэффициентов пористости и проницаемости текстурно-неоднородных коллекторов определяются свойствами проницаемой матрицы и долей непроницаемых микропрослоев и включений. Чем лучше свойства проницаемой матрицы, тем при большем содержании непроницаемых прослоев и включений терригенная горная порода имеет свойства коллектора в сравнении с горной породой, имеющей пониженные емкостные и фильтрационные свойства проницаемой матрицы.

3. В соответствии с выявленным спектром граничных значений фильтрационно-емкостных свойств коллектора определен спектр граничных значений геофизических параметров для конкретных пластов месторождения.

4. Выделение коллекторов сложной структуры и текстуры по геофизическим данным необходимо производить на основе комплексирования методов различной петрофизической основы, что существенно сужает область неопределенности решения задачи.

5. На основе проведенных исследований поведения геолого-геофизических параметров структурно и текстурно-неоднородных терригенных горных пород разработана методика выделения коллекторов, повышающая геологическую эффективность и достоверность решения искомой задачи. Разработанная методика апробирована на секции нефти и газа экспертно-технического совета ГКЗ РФ. Она использовалась для выделения коллекторов и определения подсчетных параметров на Черногорском

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Борщев, Владимир Владимирович, Уфа

1.Г. Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирской низменности новой нефтяной базы СССР. - Новосибирск.- Изд-во СОАН СССР,- 1963.-200 с.

2. Физические свойства горных пород Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции / Н.А. Туезова, Л.М. Дорогиницкая, Р.Г. Демина и др.- М.: Недра. 1975,- 184 с.

3. Изучение коллекторов нефти и газа месторождений Западной Сибири геофизическими методами. / Е.И. Леонтьев, Л.М. Дорогиницкая, Г.С. Кузнецов, А.Я. Малыхин. -М.: Недра. 1974. -279 с.

4. КолгинаЛ.П., Чернова Н.А. К методике литолого-петрофизического исследования лород-коллекторов. // Породы-коллекторы и миграция нефти (Методические исследования). -М.: Наука. 1980,- С. 20-28.

5. Нестеров И.И., Прозорович Г.Э., Салманов Ф.К., Тян А.В. Сургутский нефтеносный район //Тр. ЗапСибНИГНИ.-Вып. 19,- Тюмень,- 1968.-239 с.

6. Конторович А.Э., Нестеров И.И., Салманов Ф.К. Геология нефти и газа,-М.: Недра. 1975. -680с.

7. Романов Е.А. Геолого-физические особенности глинистых низкопроницаемых коллекторов алымской свиты Нижневартовского свода и их учёт при подсчёте запасов нефти. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени к.г.-м.н. -Тюмень. 1985. -22 с.

8. Методические указания по проведению геофизических исследований поисково-разведочных нефтегазовых скважин в Западной Сибири и геологической интерпретации получаемых материалов /

9. Абдухаликов Я.Н., Головацкая И.В., РучкинА.В., Фоменко В.Г., Ахияров В.Х., Нелепченко О.М. ВНИГИК - Калинин. - 1986. - 111с.

10. В.И. Петерсилье Особенности выделения пластов-коллекторов с использованием количественных критериев. / Геология нефти и газа. -1991. -С.6-8.

11. Инструкция по применению материалов промыслово-геофизических исследований с использованием результатов изучения керна и испытаний скважин для определения и обоснования подсчетных параметров залежей нефти и газа. -М.:ВНИГНИ,- 1987. -44 с.

12. Вендельштейн Б.Ю., Резванов Р.А. Геофизические методы определения параметров нефтегазовых коллекторов. М.: Недра. - 1978,- 318 с.

13. Тульбович Б.И. Петрофизическое обеспечение эффективного извлечения углеводородов.-М.:Недра.-1990.-186с.

14. Азаматов В.И., Свихнушин Н.М. Методы изучения неоднородных коллекторов в связи с оценкой запасов нефти и газа. -М.: Недра. 1976. -216 с.

15. Кочетов М.Н. Определение кондиционных значений проницаемости и нефтенасыщенной мощности. II Нефтегазовая геология и геофизика.-М.:ВНИИОЭНГ .-1975.- №4. С.18-21.

16. Тульбович Б.И. Петрофизическое обеспечение эффективного извлечения углеводородов. М.: Недра.- 1990. - 186 с.

17. Яценко Г.Г., Ручкин А.В. Обоснование нижних пределов проницаемости коллекторов по данным исследования керна. // Геология нефти и газа. -1975. №12.-0.42-44.

18. Иванов В.А., Храмова В.Г. Обоснование критических значений параметров коллекторских свойств пород // Теория и практика разработки нефтяных месторождений термическими методами. -М. 1985.-С.39-44.

19. Василечко В.П., Гнатюк Р.А., Николаенко Н.А., Петрац И.Н. //Нефтяная и газовая промышленность. Киев. - 1969. - №2. - С.30-32.

20. О нижних пределах коллекторских свойств пород месторождений Западной Сибири // В.П. Санин, Ю.А. Ковальчук, Н.Н. Медведева, Н.А. Лещинская / РНТС ВНИИОЭНГ. Сер. Нефтегазовая геология и геофизика. 1976. -Вып.11.-С.26-28.

21. Козяр В.Ф., Дузин В.И., Драцов В.Г. и др. Определение граничных значений проницаемости и пористости терригенных коллекторов петрофизическими и геофизическими методами. // Геология нефти и газа. 1987. - №2,- С.11-17.

22. Митрофанов В.П. , Хижняк Г.П. , Пузиков В.И. О кондиционных значениях фильтрационно-емкостных свойств продуктивных отложений. //Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений.-М.: ВНИИОЭНГ. -2000.-№9. С.8-14.

23. Петерсилье В.И. К вопросу оценки граничных значений фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов.//Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. М.: ВНИИОЭНГ. -2001.-№4. - С.38.

24. Тульбович Б.И., Митрофанов В.П., Бейзман В.Б. Определение кондиционных значений коллекторских свойств пород по начальной и остаточной объемной нефтегазонасыщенности. // Геология нефти и газа.-1989. №11.- С.28-31.

25. Вендельштейн Б.Ю. Исследование разрезов нефтяных и газовых скважин методом собственных потенциалов. М.: Недра. - 1966,- 203 с.

26. Вендельштейн Б.Ю., Костерина В.А. Усовершенствованный способ выделения продуктивных терригенных коллекторов и их классификации по данным ГИС. // Каротажник. -Тверь. 1999,- Вып.62. - С.7-22.

27. Санин В.П. и др. Уточнение геологического строения моделей залежей, пересчет запасов нефти и газа Восточно-Сургутского месторождения производственного объединения «Сургутнефтегаз».// Отчет . Тюмень. -1993.-С.67.

28. Баштанник Ю.Я. Проблема выделения эффективных толщин коллекторов в неокоме Приобской зоны нефтяных месторождений. // Интерпретация данных геофизических исследований скважин в Западной Сибири./ Тр.ЗапСибНИГНИ. -1992. -С.123-127.

29. Афанасьев B.C., Лозин Е.В., Шадрина Н.Н. Учет псевдоколлекторов при определении эффективного объема залежей. // Методы подсчета запасов нефти и газа. М.: Наука. - 1986. - С.47.32