Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Влияние деформаций коллекторов трещинно-порового типа на дебит скважин газоконденсатных месторождений

ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Влияние деформаций коллекторов трещинно-порового типа на дебит скважин газоконденсатных месторождений"

□03063126

На правах рукописи

ПОПОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ КОЛЛЕКТОРОВ ТРЕЩИННО-ПОРОВОГО ТИПА НА ДЕБИТ СКВАЖИН ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25 00 16 - Горнопромышленная и нефтепромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 МАЙ 2007

Пермь-2007

003063126

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Кашников Юрий Александрович

Официальные оппоненты.

доктор технических наук Крысин Николай Иванович

кандидат технических наук Назаров Александр Юрьевич

Ведущее предприятие

ООО «Астраханьгазпром»

Защита диссертации состоится 25 мая 2007 г в 16°° часов на заседании диссертационного совета Д 004 026 01 при Горном институте УрО РАН по адресу 614007, г Пермь, ул Сибирская, 78а

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Горного института УрО РАН

Автореферат разослан «'¿Ц' » СС'УЬ! 1ЛМА 2007г

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Б А Бачурин

Актуальность проблемы

В последнее время при разработке месторождений углеводородов все чаще возникают проблемы, связанные с деформационными процессами Ярким подтверждением этому является проведение нескольких Европейских конгрессов по механике горных пород (ЕШОСК), а также национальных конгрессов отдельных стран по проблемам, связанным с нефте- и газодобычей Одной из наиболее актуальных проблем является моделирование деформационных процессов в продуктивной толще, связанных с разработкой и эксплуатацией месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами коллекторов

К месторождениям данного типа относится значительная часть мировых запасов углеводородов (Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Мексика, Вьетнам), в том числе, во многих регионах России (Прикаспийская впадина, Восточная и Западная Сибирь, Северный Кавказ, месторождения Пермского края) Несмотря на то, что количество таких месторождений довольно значительное, до сих пор лишь на немногих из них проектирование разработки происходит с учетом деформаций пород-коллекторов, которые оказывают существенное влияние на дебит скважин

Для месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами пород-коллекторов характерно изменение продуктивности скважин в зависимости от раскрытости трещин, на которую, в свою очередь, влияет изменение эффективных напряжений Одним из наиболее явных негативных проявлений деформаций пород продуктивной толщи является резкое падение продуктивности скважин в самом начале их эксплуатации

Вместе с тем, у большинства месторождений трещинного и трещинно-порового типа, породы-коллектора являются высоко проницаемыми именно за счет трещин, и их проницаемость падает только при уменьшении пластового давления Если выработать соответствующие подходы по учету деформирования трещин, можно добиться оптимальной работы скважин, что

приведет к увеличению текущего уровня добычи углеводородного сырья и коэффициента его извлечения

Цель работы

На основе испытаний физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств, а так же по результатам обработки газогидродинамических исследований скважин разработать научные основы по учету влияния деформирования продуктивных объектов газоконденсатных месторождений, имеющих трещинно-поровый тип коллектора, на дебит скважин на примере Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) и ачимовской залежи Уренгойского нефтегазоконденсат ного месторождения (УНГКМ)

Основная идея работы

Основная идея работы заключается в реализации численными методами математических моделей деформирования трещиноватых горных пород для оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов и продуктивности скважин газоконденсатных месторождений

Задачи исследования

1 Испытание физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений

2 Анализ и обработка результатов исследований скважин методом акустического широкополосного каротажа

3 Анализ п обработка рез>льтатов газогидродинамических исследований скважин для определения параметров модели деформирования пород-коллекторов трещинно-порового типа

4 Моделирование деформаций коллектора в призабойной зоне скважины для оценки изменения индикаторных диаграмм и динамики дебита добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с учетом деформирования трещин

5 На основе I идродинамической модели произвести прогноз основных технологических показателей разработки АГКМ с учетом деформаций пород-коллекторов при изменении пластового давления

Методы исследований

Методы исследований включали в себя испытания физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств продуктивных объектов при длительном действии высоких эффективных напряжений, анализ и обработка газогндродинамически\ исследований скважин для определения параметров деформирования трещин, анализ и обработка результатов геофизических исследований скважин, полученных методом акустического широкополосного каротажа, численное моделирование деформационных процессов в коллекторе при экспл> атации добывающих скважин

Научные положения, защищаемые в работе

1 Метод определения параметров деформирования трещин на основе индикаторных диаграмм скважин, учитывающий распределение напряжений и пластового давления в коллекторе вблизи скважины

2 Метод моделирования напряженно-деформированного состояния коллектора в призабойной зоне скважины, включающий использование дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве, позволяющий прогнозировать изменение продуктивности скважины в зависимости от падения пластового и забойного давления

3 Принцип учета деформаций трещин при газогидродинамическом моделировании газоконденсатных месторождений, позволяющий получить основные технологические показатели работы месторождения с учетом изменения трещинной составляющей проницаемости

Научная новизна работы

1 Доказано, что деформирование пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ, относящихся к трещинно-поровому типу, существенно влияет на продуктивность скважин

2. Разработана методика, позволяющая проводить моделирование призабойной зоны скважины с помощью дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве для прогнозирования изменения дебита в зависимости от пластового и забойного давления

3 Разработана методика учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа, позволяющая исследовать и прогнозировать работу как отдельных скважин так и всего фонда скважин на месторождении при изменении давления флюида на примере АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ

Практическая ценность работы

1 Разработанная методика учета деформаций трещин позволяет оценить влияние трещинной составляющей проницаемости на работу скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ

2 Впервые для АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ проведены исследования физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств образцов при длительном действии высоких эффективных напряжений и показано, что падение продуктивности скважин определяется трещиной составляющей проницаемости

3 Разработанные методические подходы к учету деформаций продуктивных объектов позволяют более обоснованно прогнозировать дебит скважин, вскрывших коллектор трещинно-порового типа

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается прямыми испытаниями образцов керна продуктивных объектов, использованием общепризнанных программных продуктов геологического и гидродинамического моделирования и моделей фильтрации в трещиноватой породе, проведением тестовых расчетов, использованием реальных газогидродинамических и геофизических исследований скважин, сходимостью с практическими данными.

Реализация результатов работы

Результаты работы использовались для обработки реальных газогидродинамических исследований скважин АГКМ и ачимовскон залежи УНГКМ, для моделирования реальных индикаторных диаграмм и динамики дебита скважин с учетом деформирования рассматриваемых продуктивных объектов при падении давления флюида; для геологического и гидродинамического моделирования разработки АГКМ с учетом деформаций трещин

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на XXXI и ХХХШ научно-практической конференции (ГНФ ПерчГТУ, 2002г, 2004г), на \'-ом и У11-ом конкурсе молодых ученых НК «ЛУКОЙЛ» на лучшую НТР (2004г, 2006г), на VII международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2006» (г Ухта, 2006г), на научно-практической южнороссийской конференции «Проблемы бассейнового и геолого-гидродинамического моделирования» (г Волгоград, 2006г), на научно-технических советах ООО «Уренгойгазпром», ООО «Астраханьгазпром», АстраханьНИПИгаз, на научно-техническом семинаре кафедр МДГ и ГИС, РНГМ, ГНГ и БНГС горно-нефтяного факультета ПГТУ, на семинаре по механике горных пород в ИГД УрО РАН (г Екатеринбург, 2007г )

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ

Структура н объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 161 страницах машинописного текста, содержит 6В рисунков, 2[таблиц и список использованной литературы из 120 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследования

В первой главе рассмотрены основные проблемы, связанные с деформированием трещин при разработке и эксплуатации месторождений углеводородов с породами-коллекторами, относящимися к трещинчо-поровому типу К таким проблемам относятся уменьшение продуктивности скважин с падением пластового давления, уменьшение коэффициента продуктивности скважин с увеличением величины депрессии на пласт, подтягивание воды по системам вертикальных трещин и ряд других негативных моментов В [лаве так же рассмотрены основные существующие модели деформирования трещин, предложенных как отечественными так и зарубежными специалистами

Вопросам деформаций пород-коллекторов при разработке месторождении углеводородов посвящены работы Ф И Котяхова, И А Бурлакова, JI П Лебединца, К М Донцова, С О Денка, В Д Викторина, В Н Николаевского, Т Д Гольф-Рахта, В П Сонича, Н А Черемисина, Ю Е Батурина, L Y Chin, R R Boade, M Gutierrez, R W Lewis. Г И Баренблатта, Ю П Желтова, И Н Кочина, М A Biot, F Р Charlez и др Данные авторы рассмотрели ряд проблем, связанных с деформацией пород-коллекторов при разработке месторождений углеводородов, однако в работах практически не уделено внимание влиянию деформирования трещин на основные технологические показатели эксплуатации скважин и разработки месторождений

Вопросам деформаций трещин посвящены работы А Ь Фадеева, В Н Бурлакова М Г Зерцалова, М Н Гольдштейна, Ю А Кашникова, Б Д Зеленского, С Е Могилевской, W Wittke, W М Sliegata, R Е Goodman, R L Taylor. S N Bandis, А С Lumsden, N R Barton, К Bakhtar, PHSW Kulatilake, В Malama. G Swan и др В работах этих специалистов основное внимание уделено исследованию деформаций трещиноватых скальных пород В то же время, в данных работах не рассматривался вопрос о деформациях трещин с

точки зрения моделирования разработки месторождений углеводородов, имеющих трещинно-поровый тип коллектора

Проанализировав работы вышеприведенных авторов, был сделан вывод, что до настоящего времени не было разработано четких научных основ по учету влияния деформирования прод>ктивных объектов месторождений углеводородов, имеющих трещинно-поровый тип коллектора, на продуктивность добывающих скважин и разработку месторождений такого типа, поэтому в данной работе основное внимание было уделено именно этому вопросу на примере АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ

В главе приведены общие сведения о рассматриваемых продуктивных объектах и работах, посвященных исследованию данных объектов. По результатам лабораторных исследований керна и газогидродикамическим исследованиям скважин сделаны выводы, что коп лектора АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ принадлежат к коллекторам трещинно-порового типа, поэтому, в первую очередь, следует определить насколько существенно влияет деформирование трещин на технологические показатели работы скважин Если это влияние довольно существенно, то следует разработать научные подходы по учету деформирования трещин при разработке рассматриваемых продуктивных объектов

Вторая глава работы посвящена исследованию физико-механических (ФМС) и фильтрационно-емкостных (ФЕС) свойств пород-коллекторов рассматриваемых продуктивных объектов Результаты исследования ФМС и ФЕС в атмосферных условиях, в том числе зависимости проницаемости от пористости, показали, что не существует четкой зависимости между двумя этими параметрами, что является следствием трещиноватости пород-коллекторов

Отмечено, что для рассматриваемых продуктивных объектов наблюдается высокий коэффициент корреляции для зависимости модуля упругости от пористости Для ачимовской залежи УНГКМ удалось построить паспорта прочности для пород с различной пористостью, так как была получена хорошая

зависимость между пористостью и пределом прочности на растяжение и на сжатие

Так как падение пластового давления оказывает влияние не только на деформацию трещин, но и на деформацию поровой матрицы, причем для некоторых пород-коллекторов такие деформации могу'г привести к довольно существенному падению пористости и проницаемости, поэтому для определения вклада деформаций поровой матрицы в общие деформации всей трещинно-поровой породы были проведены лабораторные испытания образцов керна, отобранных из продуктивных отложений АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ

В рамках данной работы были проведены лабораторные испытания образцов керна рассматриваемых продуктивных объектов при длительном действии высоких эффективных напряжений (рис 1) Испытания проводились специалистами института ТюменНИИгипрогаз по программе, испытаний предложенной автором работы

1 00

! О 98

! 0,96

I 5 0 94

; 0 52

0 90

0 20 40 60

эффективное давление МПа

["^о^обрТсГгГскГвгз АГКМ |

; -О—обр 1483 скз 741 УНГКМ I

0 817мД ' О О.бООмД

60 80 >

20 40 эффективное давление МПа -О—обр 9_2 СКВ 823 АГКМ | -О—обр 13 скв 754 УНГКМ J

Рис 1 Изменение относительной пористости (а) и относительной проницаемости (б) в зависимости от изменения эффективных напряжений для образцов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ

Образцы подвергались воздействию повышенных эффективных напряжений, соответствующих падению пластового давления на 20-30 МПа и выдерживались в таких условиях восемь суток После выдержки образцы разгружались Из рисунков видно, что изменение пористости и проницаемости при выдержке под высокими эффективными напряжениями как для образцов АГКМ, так и для образцов ачимовской залежи УНГКМ довольно незначительные - максимум несколько процентов от относительных величин

По результатам гидродинамических исследований на дебит скважин изменение давления флюида оказывает довольно существенное влияние, не сопоставимое с деформацией пород поровой матрицы Наиболее вероятным объяснением данного факта является весомый вклад проницаемости трещин в общую проницаемость пород-коллекторов

В связи с тем, что изменение проницаемости и пористости пород поровой матрицы образцов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ оказались незначительны, то деформациями поровой матрицы можно пренебречь, поэтому наибольшее внимание при исследовании деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа (на примере АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ) было уделено только деформациям трещин

Для косвенной оценки величины смыкания трещин в процессе падения пластового давления использовались геофизические методы в частности -акустический широкополосный каротаж (АКШ) Автором работы была проведена обработка и последующий анализ АКШ с целью определения распределения коэффициента П>ассона вдоль ствола исследуемых скважин Исследования показали, что среднее значение коэффициента Пуассона для скважин АГКМ составило 0 28, для скважин ачимовской залежи УНГКМ - 0 2

На основе коэффициента Пуассона было получено значение боковою горного давления По гипотезе Динника для пород-коллекторов АГКМ оно составило 35-40 МПа, для ачимовской залежи УНГКМ - 22-25 МПа. В то же время, если пользоваться принципом эффективных напряжений, боковое

горное давление будет зависеть от пластового давления и его значение будет отличаться от вышеприведенных величин

На основе распределения коэффициента Пуассона были построены зависимости коэффициента охвата пласта трешиноватостью, введенного В Д Викториным, от пластового давления (рис 2) Анализируя данные зависимости можно сказать, что резкое смыкание трещин для пород-коллекторов АГКМ происходит при снижении пластового давления ниже 40-45 МП а, для ачимовской залежи УНГКМ - при 30-35 МПа

В третьей гласе рассмотрено влияние деформаций продуктивных объектов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ на результаты газогидродинамических исследований скважин

Основными газогидродинамическими исследованиями скважин, на которых проявляется действие деформации при эксплуатации месторождений

углеводородов, являются

индикаторные диаграммы и кривые ! восстановления давления (рис 3)

Для рассматриваемых

продуктивных объектов были

проанализированы все индикаторные диаграммы и кривые восстановления давления за весь период разработки и эксплуатации продуктивных объектов Довольно большая часть полученных индикаторных диаграмм и кривых восстановления давления

10 20 30 40 50 60 70 пластовое давление МПа

СКВ 742 УНГКМ АчМ СКВ 742 УНГКМ Ач5 скв 930 АГКМ скв 56Д АГКМ

Рис 2 Изменение коэффициента соответствовала типичному для

охвата пласта трещиноватое гью в трещиноватых пород-коллекторов зависимости от пластового давления

виду Для индикаторных диаграмм, снятых со скважин, эксплуатирующих трещинно-поровый тип коллектора характерен выпуклый к оси дебитов вид Выпуклость индикаторных диаграмм.

по мнению автора, связана с деформацией трещин следующим образом - при увеличении депрессии на пласт происходит падение забойного давления, в связи с этим, под воздействием сжимающих боковых напряжений происходит смыкание трещин, что, в свою очередь, приводит к уменьшению трещинной составляющей проницаемости

б)

52(8 1998)

6

— _ —--- -----"1

-и Р !

7 1 1

------- 1 7 1 т 3 1

- — -2-, / * ______-1

1 -

5 1-д(1)

Рис 3 Изменение коэффициентов продуктивности в зависимости от депрессии (а) и кривая восстановления давления (б) некоторых скважин АГКМ

Обработка индикаторных диаграмм проводилась по методике, разработанной автором работы В методике учитывалось, что проницаемость трещин зависит от распределения эффективных напряжении, которые определяются, как разница между тангенциальными напряжениями и давлением флюида, которые, в свою очередь, зависят от расстояния от скважины Чтобы получить аналитическую зависимость дебита скважины от депрессии, в данном методе область вблизи скважины разбивалась на множество вложенных друг в друга цилиндров В результате, автором работы было получено следующее соотношение для дебита скважин в условиях деформирования трещинного коллектора

\

2лМР, -/',) _I

г

где Q - дебит скважины, /; - эффективная газонасыщенная толщина Р, -давление на контуре питаиия, Р3 — давпение на забое скважины, /г - вязкость газа, К, - проницаемость в /-том цилиндре, к„„р - проницаемость поровой матрицы, /, - радиус ;-го цилиндра, - радиус скважины, /Л - радилс контура питания

На основе индикаторных диаграмм скважин было построено изменение коэффициента продуктивности в зависимости от депрессии (рис 3) Наблюдается преимущественно три типа зависимости

1 Для некоторых скважин при росте депрессии наблюдается резкий рост коэффициента продуктивности, затем сравнительно медленное ее падение до определенного предела и последующая стабилизация Этот тип графика характеризует выраженный тип трещинно-порового коллектора с преимущественным влиянием трещинной проницаемости

2 При росте депрессии наблюдается монотонный устойчивый рост коэффициента продуктивности до определенного предела и последующая стабилизация при дальнейшем росте депрессии Этот тип графика характеризует выраженный тип порово-трещинного коллектора с преимущественным влиянием поровой проницаемости

3 При росте депрессии не наблюдается практически заметного изменения коэффициента продуктивности, Зависимость данного параметра о г депрессии можно аппроксимировать прямой линией, что характерно для коллектора порового типа

На кривых восстановления давления, снятых со скважин, вскрывших коллектор трещинно-порового типа выделяются три участка (рис 3)

1 участок, характеризующий процесс восстановления давчения только в трещинах,

2 участок, характеризующим процесс массопереноса между' поровои и трещинной средами,

3 участок, характеризующий процесс совместного восстановления давления в трещинной и поровой средах

Кривые восстановления давления были обработаны по методике, с помощью которой также как и для индикаторных диаграмм, можно получить параметры, характеризующие деформации трещин

В целом по третьей главе был подтвержден вывод о том, что породы-коллектора рассматриваемых продуктивных объектов относятся к трещинно-поровому типу Деформации трещин оказывают существенное влияние на газогидродинамические исследования скважин, поэтому методики обработки данных исследований должны обязательно учитывать деформирование трещин, влияющее на данный процесс

Четвертая глава посвящена исследованию деформаций коллектора трешинно-порового типа в призабойной зоне скважины

Рис 4 Зоны разрушения в призабойной зоне скважины АГКМ, определенные по критерию Кулона-Мора при щелевой перфорации для двух систем трещин

ю

гт 2

I 8

I

е- в

л

I 4

-

/

200 300 400

___радиус м______

~сГр=10МПа Рпл=50МПз - йр^гомпа, Рпл- тем Па с!Р=10МПаРпл=61МПа йР=20МПа Рпл=61МПз

500

Рис 5 Распределение проницаемости трещин вблизи скважины при различных величинах депрессии для скважины АГКМ

Для решения ряда модельных задач использовалась дилатансионная модель деформирования трещиноватых горных пород по системам трещин, основы которой были разработаны Н Бартоном, С.Бандисом, В Виттке и другими специалистами.

Модель учитывает как нормальные так и касательные смещения в трещине Кроме этого, в модели были реализованы два соотношения, характеризующие изменение раскрытости трещин в зависимости от поля напряжений

Первым этапом было моделирование призабойной зоны скважины АГКМ с кумулятивной и щелевой перфорацией с целью оценки зон разрушения пород вблизи скважины Расчеты показали, что при кумулятивной перфорации в некоторых условиях возможно возникновение зон разрушения по системам трещин Однако возникающие зоны разрушения имеют весьма небольшую величину, сопоставимую с радиусом скважины

Несколько иной характер разрушения трещиноватого коллектора наблюдается при наличии щелевой перфорации (рис 4) Небольшие зоны разрушения, приуроченные к концам щелей, возникают при величине коэффициента сцепления породы 5-6 МПа и депрессии 10 МПа При депрессии 20-25 МПа и сцеплении 5-6 МПа зоны разрушения соединяются, образуя кольцевые зоны с радиусом, соответствующим длине щели При дальнейшем увеличении депрессии увеличения зон разрушения не происходит Возникновение кольцевых зон разрушения зависит от депрессии и от величины сцепления по системам трещин Естественно, что чем слабее породы, тем меньшая требуется депрессия для возникновения кольцевых зон разрушения Таким образом, создав щелевую перфорацию и необходимую величину депрессии, можно добиться возникновения кольцевых зон разрушения, способствующих устойчивому росту дебита

С помощью дилатансионной модели были промоделированы области вблизи скважин при различных режимах работы скважин - при различной депрессии, а так же были рассчитаны варианты, учитывающие падение

пластового давления в процессе отработки продуктивного объекта В моделях были заложены реальные физико-мсханичекие свойства, полученные на основе испытаний образцов керна В результате моделирования получали картину распределения раскрытости и проницаемости трещин (рис 5) Выполненные расчеты позволяют сделать следующие выводы

1 Создание высокой депрессии приводит к интенсивному смыканию трещин в ПЗП и к падению трещинной проницаемости Переход массива к сжатому состоянию происходит довольно быстро и определяется исходным пластовым давлением, нормальными напряжениями и характеристиками трещин

2 Зоны сжатия трещин и, соответственно зоны уменьшения проницаемости при пластовом давлении большем, чем боковое горное давление, в определяющей степени зависят от исходного раскрытия трещин

3 Радиус зоны сжатых трещин и, соответственно, радиус зоны резкого падения проницаемости определяется создаваемой депрессией

В пятой главе рассмотрены результаты моделирования разработки продуктивных объектов с трещинно-поровым типом коллектора с учетом их деформирования в процессе падения пластового давления

Методика учета деформаций трещин при моделировании индикаторных диаграмм заключалась в следующем

1 На первом этапе моделировалось напряженно-деформированное состояние коллектора трещишю-пороЕОго типа вблизи скважины с использованием дилатансионной модели деформирования трещиноватой горной породы по системам трещин

2 На втором этапе, на основе НДС определялось распределение проницаемости трещин Распределение данного параметра переносилось в программный комплекс «ОЕОТЕСН», в котором была реализована модель фильтрации в трещиноватой горной породе

3 В программном комплексе «СЕОТЕСН» производился расчет фильтрации флюида в трещинно-поровом коллекторе, в результате чего определялись величины дебитов в зависимости от депрессии на пласт В работе были промоделированы ряд реальных индикаторных диаграмм скважин АГКМ и ачнмовской залежи УНГКМ (рис 6) Для модельных индикаторных диаграмм параметры, отвечающие за деформирование трещин, подбирались таким образом, чтобы модельная индикаторная диаграмм проходила наиболее близко к реальной

Результаты расчетов напрямую объясняют вид и форму индикаторных диаграмм, эксплуатирующих коллектор трещинного типа, параметрами сжатия и раскрытия трещин, атак же значениями начального пластового давления

Рис 6 Реальные и модельные индикаторные диаграммы скв 120 АГКМ (а) и скв 732 ачимовской залежи УНГКМ (б)

Для индикаторных диаграмм скважин ачимовской залежи УНГКМ был получен эффект «запирания» потока, который проявился на реальных индикаторных диаграммах Такой эффект связан с тем, что при высоких

депрессиях происходит закрытие трещим и резкое уменьшение трещинной проницаемости

Одним из негативных факторов проявления деформаций трещин является резкое падение дебитов скважин в начальный период эксплуатации Подобный эффект наблюдался для высокодебитных скважин АГКМ Для этих скважин, несмотря на незначительное падение пластового давления, наблюдалось падение дебита р несколько раз в первые 1 5-2 5 года эксплуатации Для подтверждения факта влияния деформаций трещин на падение динамики дебита в работе было проведено моделирование дзнно! о процесса на примере одной из высокодебитных скважин АГКМ (рис 7) и исследовано влияние параметров трещин на динамику дебита

Для учета деформироваиия трещин в программном комплексе «Техсхема» (разработка института «СургутНИПИнефгь») разработчиком данного про1раммного продукта была реализована формула, характеризующая

изменение проницаемости трещин при нормальных деформациях, полученная В Д Викториным = Ка£\ф[ЗР(Р-Р„ )1, где Ктр - текушая проницаемость трещин, К„ - проницаемость трещин при пластовом давлении равном боковому горному давлению, /? -коэффициент сжимаемости трещин, Р - текущее пластовое давление, Гц, -боковое горное давление

Методика моделирования

динамики дебитов скважин с учетом деформирования трещин заключалась в следующем в программном комплексе «Техсхема» моделировалась одна скважина Скважина работала с постоянной депрессией С течением времени за

годы

| —«—динамика дебита скз 82 —Сг— расчетная динамика дебита (К0=0 1мД) —О—расчетная динамика дебита (К0=0 4мД) [ —О—расчетная динамика дебига (К0=0 ЗмДК I

Рис 7 Реальная и модельная динамика дебита скв 82 АГКМ

счет выработки запасов газа, происходило падение пластового давления, в результате чего, за счет реализованной зависимости, проницаемость трещин начинала падать, что приводило к уменьшению дебита скважины В процессе моделирования подбирались параметры деформирования трещин — коэффициента сжимаемости трещин и исходной трещинной проницаемости В итоге достигалось близкое совпадение реальной и расчетной динамики дебита

Полученный результат моделирования динамики дебита скважин УНГКМ был аналогичен ре!ультату, полученному для скважин АГКМ. На основе моделирования динамики дебитов можно сделать однозначный вывод - даже незначительное снижение пластового давления приводит к значительному снижению дебита В таком случае можно рекомендовать не создавать высоких депрессий при работе скважин, тем самым предотвращая деформации трещин и сохраняя их проницаемость Такой режим работы, в конечном счете, должен привести к увеличению накопленных отборов газа

В главе приведены результаты моделирования разработки всей продуктивной залежи АГКМ В работе использовались геологическая и гидродинамическая модели, полученные при совместной работе специалистов ПермГТУ, АстраханьНИПИгаз и ООО «Астраханьгазпром» Геологическая модель АГКМ была построена на основе геофизических исследований скважин и данных сейсмических исследований в программном комплексе «1гарЯМ8» норвежской фирмы «КОХА К» На базе геологической модели была создана гидродинамическая модель АГКМ, которая после процедуры ремасштабирования была переконвертирована в программный комплекс «Техсхема»

Методика моделирования разработки месторождения с учетом деформирования коллектора трещинно-порового типа заключалась в следующем в результате адаптации истории разработки месторождения были получены карты распределения параметра К0, использованного в

выше приведенной формуле, и проницаемости поровой матрицы Данные распределения строитись на основе адаптации динамики дебига каждой скважины АГКМ таким образом, чтобы модельная динамика дебита скважин совпала с реальной Параметр Кп отвечал за скорость падения дебита со временем, параметром проницаемости поровой матрицы характеризовался дебит, при проницаемости трещин, стремящейся к нулю

После того, как была проведена адаптация гидродинамическом модели по истории разработки, были просчитаны ряд прогнозных вариантов разработки АГКМ до 2014 года В результате расчетов бьпи получены прогнозные динамики основных технологических показателей разработки залежи с учетом деформирования трещин при изменении пластового давления Разработанная гидродинамическая модель позволяет выполнять различные варианты прогнозных расчетов, в результате которых можно найти оптимальный вариант разработки и эксплуатации АГКМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы было проанализировано влияние деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа на дебит скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ На основе испытаний физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств, обработки газогидродинамических исследований скважин, аналитических и численных расчетов были разработаны научные основы учета влияния деформирования продуктивных объектов трещинно-порового типа на дебит скважин

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем

1 Выполнены испытания образцов керна АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с целью получения данных по изменению физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств при длительном действии высоких эффективных напряжений Условия испытаний соответствовали падению пластового давления в продуктивных объектах на 20-30 МПа Результаты испытаний показали, что изменение пористости и проницаемости как для образцов АГКМ, так и для образцов ачимовской залежи УНГКМ довольно незначительные - максимум несколько процентов от относительных величин, что не объясняет вид индикаторных диаграмм, кривых восстановления давления и резкое падение дебита многих высокодебитнык скважин Был сделан вывод, что при разработке рассмафиваемых продуктивных объектов преобладающую роль играют деформации трещин

2 Проведена обработка акустического широкополосного каротажа скважин, в результате которой были получены распределения коэффициента Пуассона вдоль ствола скважин На основе коэффициента Пуассона была получена величина бокового горного давления и коэффициент охвата пласта трещиноватостью, который показал, что смыкание трещин для

пород-коллекторов АГКМ происходит при снижении пластового давления ниже 40-45 МП а, для ачимовскоп залежи УНГКМ - при 30-35 МПа

3 Проведена обработка индикаторных диаграмм и кривых восстановления давления с \ четом деформирования трещин В результате получены параметры, характеризующие деформации трещин пород-коллекторов АГКМ и ачичовской залежи УНГКМ

4 Выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния призабойной зоны скважины с помощью дилатансионной модели деформирования трещиноватых горных пород по системам трещин Показано негативное влияние высоких депрессий на проницаемость трещин На основе модельных расчетов показан эффект увеличения эффективного радиуса скважины при щелевой перфорации, что должно привести к повышению ее продуктивности

5 Проведено моделирование реальных индикаторных диаграмм скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ Показано, что уменьшение пластового давления может уменьшить продуктивность скважин в несколько раз за счет снижения проницаемости трещин Показано также, что высокие депрессии могут привести к эффекту «запирания» потока

6 Выполнено моделирование динамики дебита скважин с учетом деформирования трещин, из которого следует, что даже незначительное снижение пластового давления приводит к значительному снижению дебита В таком случае можно рекомендовать не создавать больших депрессий при работе скважин, тем самым предотвращая деформации трещин и сохраняя их проницаемость, что должно привести к увеличению суммарных накопленных отборов скважин

7. При гидродинамическом моделировании использованы параметры деформирования трещин, полученные на основе обработки газогидродинамических исследований скважин и испытаний физико-механических свойств пород-коллекторов месторождения. На основе

гидродинамической модели проведен прогнозный расчет нескольких вариантов разработки АГКМ с учетом деформирования трещин

Основные положения диссертации опубликованы п следующих работах:

1 Кашников Ю А , Ашихмин С Г, Попов С Н , Назаров А Ю, Матяшов С В Изменение напряженно-деформированного состояния и фильтрационно-емкостных свойств трещинною продуктивного объекта при щелевой перфорации // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений -2002, №11, с 15-21

2 Кашников Ю А , Ашихмин С Г , Попов С Н , Назаров А Ю , Матяшов С В Численное моделирование индикаторных диаграмм скважин для коллектора трешинно-порового типа//Нефтяное хозяйство -2003, №6, с 62-65

3 Кашников Ю А , Ашихмин С.Г , Попов С Н , Ильин А Ф , Токман А К , Алексеева И В Влияние трещинной составляющей проницаемости продуктивного объекта на показатели работы скважин АГКМ // Газовая промышленность -2003, № 9, с 23-27

4 Попов С Н, Кашников Ю А Численное моделирование индикаторных диаграмм скважин, вскрывших ачимовские отложения // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений - 2005, № 9-10, с 40-44

5 Попов С Н , Моделирование динамики дебитов скважин Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) с учетом трещинной составляющей проницаемости // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений - 2005, № 9-10, с 54-57

6 Попов С Н, Газогидродинамическое моделирование и прогноз продуктивности новых скважин восточного участка АГКМ // Известия вузов Нефть и газ -2005, №6, с 26-34

7 Кашников Ю А , Гладышев С В , Попов С Н , Кашников О Ю Изменения фильтрационно-емкостных и физико-механических свойств терригенных

коллекторов при продолжительном действии повышенного эффективного давления//Известия Вузов Нефть и газ -2006 -№1 с 25-32

8 Попов С Н Газогидродинамическое моделирование и прогноз продуктивности новых скважин северо-западного участка Астраханского ГКМ с учетом изменения проницаемости трещин // Тезисы докладов VII международной молодежной научной конференции СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2006 - Ухта, 2006, с 35-38

9 Кашников Ю А , Попов С Н Гладышев С В , Токман А К , Тинакин О В Моделирование разработки Астраханского ГКМ с учетом деформирования трещин // Тезисы докладов научно-практической южнороссийской конференции «Проблемы бассейнового и геолого-гидродинамического моделирования» - Волгоград, 2006, с 89

Сдано в печать 23 04 2007 г Формат 60x84/16 Тираж 120 экз

Огпсчатано сектором Н ГИ Горного институт УрО РАН 614007. г Пермь ул Сибирская, 78а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Попов, Сергей Николаевич

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОБЛЕМАХ, СВЯЗННЫХ С ДЕФОРМИРОВАНИЕМ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ ТРЕЩИННО-ПОРОВОГО ТИПА И СУЩЕСТВУЮЩИХ МОДЕЛЯХ ДЕФОРМАЦИЙ ТРЕЩИН. ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ

АГКМ И АЧИМОВСКОЙ ЗАЛЕЖИ УНГКМ.

1.1. Проблемы, возникающие при разработке месторождений с трещинно-поровым типом коллектора.

1.2. Существующие методы учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа.

1.3. Характеристика продуктивной толщи АГКМ.

1.4. Характеристика ачимовских продуктивных отложений

УНГКМ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ (ФМС) И ФИЛЬТРАЦИОННО-ЕМКОСТНЫХ (ФЕС) СВОЙСТВ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ АГКМ И АЧИМОВСКОЙ ЗАЛЕЖИ УНГКМ.

2.1. Результаты исследований ФМС и ФЕС в атмосферных условиях.

2.2. Результаты исследований ФМС и ФЕС пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений.

2.3. Определение упругих свойств продуктивных объектов и коэффициента охвата пласта трещиноватостью по данным акустического широкополосного каротажа (АКШ).

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

3. ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ПРОДУКТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ АГКМ И АЧИМОВСКОЙ ЗАЛЕЖИ УНГКМ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ГАЗОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН.

3.1. Характер изменения динамики дебитов и коэффициентов продуктивности скважин.

3.2. Определение параметров деформирования трещин в результате анализа и обработки индикаторных диаграмм.

3.3. Влияние деформации трещинного пространства на характер кривых восстановления давления.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ КОЛЛЕКТОРА ТРЕЩИННО-ПОРОВОГО ТИПА В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ

СКВАЖИНЫ.

4.1. Краткое описание дилатансионной модели деформирования трещиноватых горных пород.

4.2 Анализ смыкания трещин и изменения проницаемости коллектора в призабойной зоне добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.

4.3. Моделирование возникновения зон разрушения трещиноватого коллектора в районе добывающей скважины АГКМ с кумулятивной и щелевой перфорацией.

4.4. Определение раскрытости и проницаемости трещин при вскрытии ачимовской залежи УНГКМ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ ПРОДУКТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ С ТРЕЩИННО-ПОРОВЫМ ТИПОМ КОЛЛЕКТОРА С УЧЕТОМ ИХ ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПАДЕНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ.

5.1. Влияние деформаций продуктивных объектов на индикаторные диаграммы скважин.

5.2. Моделирование динамики дебита скважины АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с учетом деформаций трещин при падении пластового давления.

5.3. Моделирование разработки АГКМ с учетом деформирования продуктивных объектов.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Влияние деформаций коллекторов трещинно-порового типа на дебит скважин газоконденсатных месторождений"

В последнее время при разработке месторождений углеводородов все чаще возникают проблемы, связанные с деформационными процессами. Ярким подтверждением этому является проведение нескольких Европейских конгрессов по механике горных пород (Е1ЖОСК), а также национальных конгрессов отдельных стран по проблемам, связанным с нефте- и газодобычей. Одной из наиболее актуальных проблем является моделирование деформационных процессов в продуктивной толще, связанных с разработкой и эксплуатацией месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами коллекторов.

К месторождениям данного типа относится значительная часть мировых запасов углеводородов (Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Мексика, Вьетнам), в том числе, во многих регионах России (Прикаспийская впадина, Восточная и Западная Сибирь, Северный Кавказ, месторождения Пермского края). Несмотря на то, что количество таких месторождений довольно значительное, до сих пор лишь на немногих из них проектирование разработки происходит с учетом деформаций пород-коллекторов, которые оказывают существенное влияние на дебит скважин.

Для месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами пород-коллекторов характерно изменение продуктивности скважин в зависимости от раскрытости трещин, на которую, в свою очередь, влияет изменение эффективных напряжений. Одним из наиболее явных негативных проявлений деформаций пород продуктивной толщи является резкое падение продуктивности скважин в самом начале их эксплуатации. Так, на Астраханском газоконденсатном месторождении (АГКМ) суточный дебит высокодебитных скважин снизился в 2-2.5 раза всего за 1.5-2 года. Аналогичный эффект наблюдался на динамике дебитов скважин, эксплуатирующих карбонатные породы-коллектора турнейско-фаменского продуктивного объекта месторождений севера Пермского края

Шершневского, Сибирского и т.д. Для них характерным являлось падение дебита скважин в несколько раз всего после нескольких месяцев эксплуатации скважин. Причина такого резкого падения дебита связывается с увеличением эффективных напряжений в результате падения пластового давления и, соответственно, с уменьшением трещинной составляющей проницаемости пород-коллекторов.

Вместе с тем, у большинства месторождений трещинного и трещинно-порового типа, породы-коллектора являются высоко проницаемыми именно за счет трещин, и их проницаемость падает только при уменьшении пластового давления. Если выработать соответствующие подходы по учету деформирования трещин, можно добиться оптимальной работы скважин, что приведет к увеличению текущего уровня добычи углеводородного сырья и коэффициента его извлечения.

Для того чтобы глубже изучить процессы, происходящие при разработке и эксплуатации месторождений углеводородов в последнее время часто пользуются методами математического моделирования. В настоящее время существует широкий выбор программ для моделирования геологии и разработки нефтяных и газовых месторождений, таких как «Eclipse», «Pertrel» (разработка французской фирмы «Schlumberger»); «IRAP», «TempestMORE» (разработка норвежской фирмы «Roxar»); «Техсхема» (разработка СургутНИПИнефть). Такие программы позволяют смоделировать как одну отдельно взятую скважину, так и месторождение в целом. Моделирование в таких программных продуктах производиться после анализа и обработки результатов газогидродинамических исследований скважин; лабораторных и геофизических исследований, в результате которых определяются физико-механические и фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) пород продуктивной толщи.

Несмотря на разнообразие программных продуктов, до сих пор не существует математической модели в которой в полной мере учитывалась взаимосвязь деформационных и газогидродинамических процессов при разработке месторождений углеводородов.

В данной работе будут рассмотрены некоторые аспекты этой проблемы на примере Астраханского газоконденсатного месторождения и ачимовской залежи Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (УНГКМ). Цель работы.

На основе испытаний физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств, а так же по результатам обработки газогидродинамических исследований скважин разработать научные основы по учету влияния деформирования продуктивных объектов газоконденсатных месторождений, имеющих трещинно-поровый тип коллектора, на дебит скважин на примере Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) и ачимовской залежи Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (УНГКМ). Основная идея работы.

Основная идея работы заключается в реализации численными методами математических моделей деформирования трещиноватых горных пород для оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов и продуктивности скважин газоконденсатных месторождений. Задачи исследования.

1. Испытание физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений.

2. Анализ и обработка результатов исследований скважин методом акустического широкополосного каротажа.

3. Анализ и обработка результатов газогидродинамических исследований скважин для определения параметров модели деформирования пород-коллекторов трещинно-порового типа.

4. Моделирование деформаций коллектора в призабойной зоне скважины для оценки изменения индикаторных диаграмм и динамики дебита добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с учетом деформирования трещин.

5. На основе гидродинамической модели произвести прогноз основных технологических показателей разработки АГКМ с учетом деформаций пород-коллекторов при изменении пластового давления. Методы исследований.

Методы исследований включали в себя: испытания физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств продуктивных объектов при длительном действии высоких эффективных напряжений; анализ и обработка газогидродинамических исследований скважин для определения параметров деформирования трещин; анализ и обработка результатов геофизических исследований скважин, полученных методом акустического широкополосного каротажа; численное моделирование деформационных процессов в коллекторе при эксплуатации добывающих скважин. Научные положения, защищаемые в работе.

1. Метод определения параметров деформирования трещин на основе индикаторных диаграмм скважин, учитывающий распределение напряжений и пластового давления в коллекторе вблизи скважины.

2. Метод моделирования напряженно-деформированного состояния коллектора в призабойной зоне скважины, включающий использование дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве, позволяющий прогнозировать изменение продуктивности скважины в зависимости от падения пластового и забойного давления.

3. Принцип учета деформаций трещин при газогидродинамическом моделировании газоконденсатных месторождений, позволяющий получить основные технологические показатели работы месторождения с учетом изменения трещинной составляющей проницаемости.

Научная новизна работы.

1. Доказано, что деформирование пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ, относящихся к трещинно-поровому типу, существенно влияет на продуктивность скважин.

2. Разработана методика, позволяющая проводить моделирование призабойной зоны скважины с помощью дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве для прогнозирования изменения дебита в зависимости от пластового и забойного давления.

3. Разработана методика учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа, позволяющая исследовать и прогнозировать работу как отдельных скважин так и всего фонда скважин на месторождении при изменении давления флюида на примере АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.

Практическая ценность работы.

1. Разработанная методика учета деформаций трещин позволяет оценить влияние трещинной составляющей проницаемости на работу скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.

2. Впервые для АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ проведены исследования физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств образцов при длительном действии высоких эффективных напряжений и показано, что падение продуктивности скважин определяется трещиной составляющей проницаемости.

3. Разработанные методические подходы к учету деформаций продуктивных объектов позволяют более обоснованно прогнозировать дебит скважин, вскрывших коллектор трещинно-порового типа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: прямыми испытаниями образцов керна продуктивных объектов, использованием общепризнанных программных продуктов геологического и гидродинамического моделирования и моделей фильтрации в трещиноватой породе, проведением тестовых расчетов, использованием реальных газогидродинамических и геофизических исследований скважин, сходимостью с практическими данными. Реализация результатов работы.

Результаты работы использовались: для обработки реальных газогидродинамических исследований скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ; для моделирования реальных индикаторных диаграмм и динамики дебита скважин с учетом деформирования рассматриваемых продуктивных объектов при падении давления флюида; для геологического и гидродинамического моделирования разработки АГКМ с учетом деформаций трещин.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были представлены на XXXI и XXXIII научно-практической конференции (ГНФ ПермГТУ, 2002г., 2004г.); на У-ом и УИ-ом конкурсе молодых ученых НК «ЛУКОЙЛ» на лучшую НТР (2004г., 2006г.); на VII международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2006» (г.Ухта, 2006г.); на научно-практической южнороссийской конференции «Проблемы бассейнового и геолого-гидродинамического моделирования» (г.Волгоград, 2006г.); на научно-технических советах ООО «Уренгойгазпром», ООО «Астраханьгазпром», АстраханьНИПИгаз; на научно-техническом семинаре кафедр МДГ и ГИС, РНГМ, ГНГ и БНГС горно-нефтяного факультета ПГТУ, на семинаре по механике горных пород в ИГД УрО РАН (г.Екатеринбург, 2007г.). Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 161 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 21 таблиц и список использованной литературы из 120 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Попов, Сергей Николаевич

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

1. Проведено моделирование реальных индикаторных диаграмм скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. Показано, что уменьшение пластового давления может уменьшить продуктивность скважин в несколько раз за счет снижения проницаемости трещин. Показано так же, что высокие депрессии могут привести к эффекту «запирания» потока, связанного с уменьшением проницаемости трещин с ростом депрессии.

2. Выполнено моделирование динамики дебита скважин с учетом деформирования трещин, из которого следует, что даже незначительное снижение пластового давления приводит к значительному снижению дебита. В таком случае можно рекомендовать не создавать больших депрессий при работе скважин, тем самым предотвращая деформации трещин и сохраняя их проницаемость, что должно привести к увеличению суммарных накопленных отборов скважин.

3. В программном комплексе «IRAP RMS» норвежской фирмы «ROXAR» была создана геологическая модель АГКМ, учитывающая все особенности геологического строения продуктивной залежи. На основе геологической модели, с помощью процедуры «upscaling», была создана гидродинамическая модель АГКМ.

4. Газо-гидродинамическое моделирование осуществлялось в программном комплексе «Техсхема», позволяющем учитывать деформации трещин. При гидродинамическом моделировании использовались параметры деформирования трещин, полученные на основе обработки газогидродинамических исследований скважин и испытаний физико-механических свойств пород-коллекторов месторождения. Параметр исходной проницаемости трещин Ко, отвечающий за интенсивность падения проницаемости трещин, вводился в виде распределенного параметра, что позволило определить зоны наибольшего влияния трещинной составляющей проницаемости.

5. На основе гидродинамической модели проведен прогнозный расчет нескольких вариантов разработки АГКМ. В результате расчетов были получены прогнозные динамики основных технологических показателей разработки залежи до 2014 года с учетом деформирования трещин при изменении пластового давления. Прогнозные расчеты показали:

• при существующем фонде скважин годовые отборы газа должны сохраниться вплоть до 2014 года;

• при вводе новых скважин должен произойти рост годовых отборов, примерно, на 25%;

• остановка ряда скважин в центре месторождения на один год не должна привести к существенному уменьшению уровня добычи газа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы было проанализировано влияние деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа на дебит скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. На основе испытаний физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств, обработки газогидродинамических исследований скважин, аналитических и численных расчетов были разработаны научные основы учета влияния деформирования продуктивных объектов трещинно-порового типа на дебит скважин.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Выполнены испытания образцов керна АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с целью получения данных по изменению физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств при длительном действии высоких эффективных напряжений. Условия испытаний соответствовали падению пластового давления в продуктивных объектах на 20-30 МПа. Результаты испытаний показали, что изменение пористости и проницаемости как для образцов АГКМ, так и для образцов ачимовской залежи УНГКМ довольно незначительные -максимум несколько процентов от относительных величин, что не объясняет вид индикаторных диаграмм, кривых восстановления давления и резкое падение дебита многих высокодебитных скважин. Был сделан вывод, что при разработке рассматриваемых продуктивных объектов преобладающую роль играют деформации трещин.

2. Проведена обработка акустического широкополосного каротажа скважин, в результате которой были получены распределения коэффициента Пуассона вдоль ствола скважин. На основе коэффициента Пуассона была получена величина бокового горного давления и коэффициент охвата пласта трещиноватостью, который показал, что смыкание трещин для пород-коллекторов АГКМ происходит при снижении пластового давления ниже 40-45 МПа, для ачимовской залежи УНГКМ-при 30-35 МПа.

3. Проведена обработка индикаторных диаграмм и кривых восстановления давления с учетом деформирования трещин. В результате получены параметры, характеризующие деформации трещин пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.

4. Выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния призабойной зоны скважины с помощью дилатансионной модели деформирования трещиноватых горных пород по системам трещин. Показано негативное влияние высоких депрессий на проницаемость трещин. На основе модельных расчетов показан эффект увеличения эффективного радиуса скважины при щелевой перфорации, что должно привести к повышению ее продуктивности.

5. Проведено моделирование реальных индикаторных диаграмм скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. Показано, что уменьшение пластового давления может уменьшить продуктивность скважин в несколько раз за счет снижения проницаемости трещин. Показано также, что высокие депрессии могут привести к эффекту «запирания» потока.

6. Выполнено моделирование динамики дебита скважин с учетом деформирования трещин, из которого следует, что даже незначительное снижение пластового давления приводит к значительному снижению дебита. В таком случае можно рекомендовать не создавать больших депрессий при работе скважин, тем самым предотвращая деформации трещин и сохраняя их проницаемость, что должно привести к увеличению суммарных накопленных отборов скважин.

7. При гидродинамическом моделировании использованы параметры деформирования трещин, полученные на основе обработки газогидродинамических исследований скважин и испытаний физико-механических свойств пород-коллекторов месторождения. На основе гидродинамической модели проведен прогнозный расчет нескольких вариантов разработки АГКМ с учетом деформирования трещин.

160

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Попов, Сергей Николаевич, Пермь

1. Котяхов Ф.И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. -М.: Недра, 1977.

2. Викторин В.Д. Влияние особенностей карбонатных коллекторов на эффективность разработки нефтяных залежей. -М.: Недра, 1988.-150с.

3. Природные резервуары углеводородов и их деформации в процессе разработки нефтяных месторождений. Тезисы докладов конференции. Казань, 19-23 июня 2000г, Изд.Казанского университета.-100с.

4. Викторин В.Д., Катошин А.Ф., Назаров А.Ю. Геолого-промысловая модель объемной сетки трещин (МОСТ) карбонатных и терригенных коллекторов. Тр. ООО «ПермНИПИнефть», Пермь, 2003г.

5. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа. -М.: Недра, 1970.-239с.

6. Бурлаков И.А., Струков Г.И. Деформации трещиноватых карбонатных коллекторов Ставрополья. Геология нефти и газа, 1978, №3, с.85-94.

7. Лебединец Л.П. Изучение и разработка нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами. -М.: Наука, 1997. с.

8. Донцов K.M., Боярчук В.Т. К вопросу обработки индикаторных линий трещиноватого коллектора. «Нефтяное хозяйство», 1968, № 6, с.38-42.

9. Донцов K.M., Об искривлении индикаторных линий, снятых на глубоких скважинах трещинного коллектора. Изв. вузов, серия «Нефть и газ», 1965, №4, с.41-44.

10. Денк С.О. Геотехнология межблоково-проницаемых коллекторов нефти и газа. TI, ТИ, Пермь. Электронные издательские системы, 2001.

11. Гольф-Рахт Т.Д. Основы нефтепромысловой геологии и разработки трещиноватых пород коллекторов. Пер. с англ. H.A. Бардиной, П.К. Голованова, В.В. Власенко, В.В. Покровского / Под.ред. А.Г. Ковалева. М., Недра, 1986, 608с.

12. Саушин А.З., Круглов Ю.И., Сиговатов Л.А, Прокопенко В.А. Статистический анализ динамических характеристик индикаторных кривых. Научные труды АстраханьНИПИгаза, 2001г., с.183-187.

13. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г., Попов С.Н., Ильин А.Ф., Токман А.К., Алексеева И.В. Влияние трещинной составляющей проницаемости продуктивного объекта на показатели работы скважин АГКМ // Газовая промышленность. 2003г. - №9.

14. Пономарев А.Н. Выбор рационального режима эксплуатации скважин при разработке залежей нефти и газа в сложнопостроенных коллекторах. Диссертация на соиск.уч.ст.канд.техн.наук. Н.Уренгой, 2001г.

15. Севастьин М.Ю. Обоснование оптимального режима работы газовой скважины в трещинно-поровом пласте (на примере Уренгойского месторождения). Диссертация на соиск.уч.ст.канд.техн.наук. Тюмень, 2006г.

16. Результаты газогидродинамических исследований ачимовских залежей Уренгойского месторождения. Отчет НИТЦ ООО «Уренгойгазпром». Н.Уренгой, 2001г.

17. Проект отработки ачимовских отложений Уренгойского месторождения. Фонды ООО «Уренгойгазпром». 2000г.

18. Попов С.Н., Кашников Ю.А. Численное моделирование индикаторных диаграмм скважин, вскрывших ачимовские отложения. Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. .№ 9-10, 2005, с.40-44.

19. Проект разработки Астраханского газоконденсатного месторождения. М., ВНИИГАЗ. 2002г.

20. Попов С.Н, Моделирование динамики дебитов скважин Астраханского газоконденсатного месторождения (ГКМ) с учетом трещинной составляющей проницаемости.Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. № 9-10,2005, с.54-57.

21. Лапшин В.И., Масленников А.И., Низамова И.М., Токман А.К. К вопросу о состоянии обводнения скважин АГКМ, Научные труды АНИПИгаза, 2001 г, с.54-57.

22. Багринцева К.И. Трещиноватость осадочных пород., М. Недра, 1982г.

23. В.П.Сонич, Н.А.Черемисин, Ю.Е.Батурин. Влияние снижения пластового давления на фильтрационно-емкостные свойства пород. // Нефтяное хозяйство.- 1997.- №9.- С.52-57.

24. Черемисин Н.А., Сонич В.П., Ефимов П.А. Роль неупругой деформации коллекторов в нефтеотдаче пластов. // Нефтяное хозяйство.-2001.-№9.-С.76-79.

25. Chin, L. Y., Boade, R. R., N.B.Nagel, G.N.Landa. Numerical Simulation of Ekofisk reservoir compaction and subsidence: Treating the mecanical behavior of the overburden and reservoir. Eurock'94, pp.787-794.

26. M.Gutierrez, R.W.Lewis. The Rolle of Geomechanics in Reservoir Simulations. Eurock'98, pp.439-448.

27. Sulak R. M., Thomas, L. K., and Boade, R.R., Reservoir Simulation of Ekofisk Compaction Drive, JPT (October 1991). Pp. 1272-1278.

28. B.Plischke. Finite element analysis of compaction and subsidence-Experience gained from several chalk fields. Eurock' 94. 1994. Balkema, Rotterdam, s.795-801.

29. Wittke, W.: Rock Mechanics, Theory and Applications with case histories, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokio, Hongkong, Barcelona, 1990a

30. Баренблатт Г.И., Ентов B.M., Рыжик B.M. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984. - 211 с.

31. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений, М. Недра, 1986г., 332с.

32. Желтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта, М. Недра, 1975г., 216с.

33. Терцаги К. Теоретическая механика грунтов. Москва: Стройиздат, 1961. - 507с.

34. Biot М.А. General theory of tree-dimensional consolidastion. J.Appl.Phys., 1941,12, 155-164.

35. Shegata W.M. 1972. Ph.D thesis (1971), quoted in J.C.Sharp and Y.N.T. Maini in fundamental considerations on hydraulic characteristics of joints rock. Proc. Symp. on Petrolocation Through Fissured Rock, paper №. Tl-F, Stuttgard.

36. Goodman, R.E., R.L. Taylor and T.A. Brekke. 1968. A model for the mechanics of jointed rock. J. Soil Mech. Fdns. Div., Proc. Am. Soc. Civ. Engns. 94 (SM3): 637-659.

37. Goodman, R.E. 1974. The mechanical properties of joints. Proc.3-rd Congr. ISRM, Denver, Vol. 1A, pp.127-140.

38. S.N. Bandis, A.C. Lumsden, N.R. Barton. Fundamentals of rock joint deformation. Int. J. Rock Mech. No. 6, pp. 249-268,1983.

39. N.R. Barton., S.N. Bandis, K. Bakhtar. Strength, deformation and conductivity coupling of rock joints. Int. J. Rock Mech. No. 36, pp. 121-140,1985.

40. Kulatilake P.H.S.W., Malama B. A new model for deformation of single fractures under compressive loading. NARMS, 2004.

41. Swan, G. 1983/ Determination of stiffness and other joint properties from roughness measurements. Rock Mech. Rock Engng. 16:19-38.

42. Перепеличенко В.Ф. и др. Разработка нефтегазоконденсатных месторождений Прикаспийской впадины. -М.: Недра, 1994.-364с.

43. Подсчет запасов газа, конденсата, серы и сопутствующих компонентов АГКМ. Мингео СССР ПГО «Нижневолжскгеология». Саратов, 1987г.

44. Проведение исследований на образцах кернов пластов неокомских, ачимовских и юрских отложений месторождений ООО «Уренгойгазпром»с целью определения их фильтрационно-емкостных свойств и фазовых проницаемостей. Фонды ООО «Уренгойгазпром». 2002г.

45. Лабораторные испытания на образцах керна ачимовских отложений скважины №742 Уренгойского месторождения. Фонды ООО «Уренгойгазпром». 2002г.

46. Голошубин Г.М., Бажанова Е.В., Сидоров A.A. Причины трещиноватости коллекторов глубоких горизонтов. Нефть и газ, №5,2005г., с.128-133.

47. Charlez F.P. Rock Mechanics. Volume 1,2. Petroleum applications. Teditions Technip. 27 rue Ginoux 75737 Paris cedex 15.1997.

48. Черемисин A.H., Черемисин H.A., Сонич В.П. Особенности моделирования разработки гранулярных коллекторов с упруго-пластическими свойствами. // Нефтяное хозяйство.-2004.-№2.с.60-62.

49. Черемисин H.A., Сонич В.П., Батурин Ю.Е. Методика обоснования остаточной нефтенасыщенности при водонапорном режиме эксплуатации пластов. // Нефтяное хозяйство.-1997.-№9.,с.58-60.

50. Кашников Ю.А., Гладышев C.B., Попов С.Н., Кашников О.Ю. Изменения фильтрационно-емкостных и физико-механических свойств терригенных коллекторов при продолжительном действии повышенного эффективного давления. // Нефть и газ, 2004г., №1.

51. Smart B.G.D., Tegrani D.H., Olden P.W.H., Jin M. Result from reservoir depressurisation simulation incorporating phenomena revealed in a reactive reservoir analogue. Department of Petroleum Engineering. Heriot-Watt University. Edinburgh, UK.

52. Бородкин B.H., Бочкарев B.C., Дещеня Н.П. Характеристика строения и у словий формирования пласта Ач)б ачимовской толщи Восточно

53. Уренгойской зоны на основании комплектования различных видов исследований. // Нефть и газ. Тюмень, 1997. №6. С. 17.

54. Бородкин В.Н., Дещеня Н.П., Храмцова A.B. и др. Сложный (смешанный) тип коллекторов в породах ачимовской толщи севера Западной Сибири // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. М.: ВНИИОЭНГ, 2004.№11. С.37-44.

55. Брехунцов A.M., Кучеров Г.Г., Стасюк М.Е. Тип коллекторов в отложениях ачимовской толщи Восточно-Уренгойской зоны // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений, М.: ВНИИОЭНГ, 1998.№7. С.2-6.

56. Брехунцов A.M., Бородкин В.Н., Бочкарев Д.С., Дещеня Н.П. Условия формирования и особенной строения основных продуктивных пластов ачимовской толщи Восточно-Уренгойской зоны. Екатеринбург. 1999. С.7-34.

57. Брехунцов A.M., Бородкин В.Н., Шиманский В.В. и др. Моделирование и прогноз залежей УВ в неантиклинальных объектах юга ЗападноСибирского нефтегазоносного бассейна. Ханты-Мансийск, 2002. С. 141148.

58. Исаев Г.Д., Волостнов В.Д., Дещеня Н.П. Типы коллекторов ачимовского резервуара месторождений Уренгойского региона. Вестник ТГУ. 2003. №3. С. 274-278.

59. Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти. -М.: МИР " Эльф-Акитен 1994 г.

60. Попов С.Н., Газогидродинамическое моделирование и прогноз продуктивности новых скважин восточного участка АГКМ. // Изв.вузов Нефть и газ, -2005, №6, с.26-34.

61. Справочная книга по добыче нефти. Под ред. Ш.К. Гиматудинова. -М, Недра, 1974.

62. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987.-221с.

63. Roegiers. Recent rock mechanics developments in the Petrolium industry. Rock Mechanics, Daemen and Schutz (eds), 1995, pp. 17-29.

64. Zienkiewicz, O.C.; G.N. Pande: Time-dependent multilaminate model of rocks -a numerical study of deformation and failure of rock masses, Int. J. Num. & Anal. Meth. Geomech., S. 219-247,1977.

65. Pande G.N.; Sharma K.G. Multi laminate model of clays; a numerical evaluation of the influence of rotation of the principal stress axes. Int. Journ. for numeric and analytical Methods in Geomechanics. Vol.7,1983,pp. 397.

66. Барях A.A., Константинова C.A., Асанов B.A. Деформирование соляных пород. Екатеринбург, УрО РАН. 1996.- с.91-107.

67. ANSYS 5.5. Technical description.

68. Саркисов Н.М., Шишов C.B., Климовец В.М. Интенсификация добычи нефти путем щелевой перфорации. // Нефтяное хозяйство, №12,2000, с.79-80.

69. Кашников Ю.А., Попов С.Н., Ашихмин С.Г., Назаров А.Ю. Численное моделирование индикаторных диаграмм коллектора трещинно-порового типа. Нефтяное хозяйство, 2003, № 6.

70. Батурин Ю.Е., Майер В.П. Гидродинамическая модель трехмерной трехфазной фильтрации «ТЕХСХЕМА» // Нефтяное хозяйство.-2002.-№3.-С.38-42.

71. Майер В.П., Батурин Ю.Е. Программный комплекс «ТЕХСХЕМА» // Нефтяное хозяйство.-2004.-№2.-С.52-53.

72. Майер В.П. Гидродинамическая модель фильтрации нефти, газа и воды в пористой среде // «Путиведь», Екатеринбург.-2000г. -207с.

73. Майер В.П. Области применения гидродинамических моделей трехмерной трехфазной фильтрации «ТЕХСХЕМА» и нелетучей нефти // Нефтяное хозяйство.-2002.-№8.-С.44-47.

74. Руководство пользователя программного продукта IRAP RMS; Москва, 2002г.

75. Масленников А.И., Калачихина Ж.В., Лапшина A.A. Особенности газодинамических исследований скважин АГКМ на нестационарных режимах фильтрации. // Наука и технология углеводородов. 2001г. №4. -с.63-65.

76. Лапшин В.И., Елфимов В.В., Масленников А.И., Калачихина Ж.В., Сайфеев Т.А. Оценка газотермодинамических параметров пластового газа АГКМ. Труды АНИПИГАЗ. 1999г.-с.85-87.

77. Семенякин B.C. Уравнение изотермического притока к скважине. Труды АНИПИГАЗ. 2004г.-с.57-61.

78. Баренблатт Г.И., Желтов Ю.П., Кочина И.Н. Об основных представлениях теории фильтрации однородных жидкостей в трещиноватых породах // Прикладная математика и механика, т. 24, вып. 5, 1960, с. 852-864.

79. Warren J.E., Root P.J. The behaviour of naturally fractured reservoirs // SPE Journal, 1963, No. 3. p. 245-255.

80. Баренблатт Г.И., Ентов B.M., Рыжик B.M. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984. - 211с.

81. Молокович Ю.М., Марков А.И., Давлетшин А.А., Куштанова Г.Г. Пьезометрия окрестности скважин. Теоретические основы. Казань: Изд-во "ДАС", 2000. 203 с.

82. Dean R. H., Lo L. L. Simulations of Naturally Fractured Reservoirs // SPE Reservoir Engineering, May 1988. p. 638-648.

83. Boade R.R., Chin L.Y., Siemers W.T. Forecasting of Ekofisk Reservoir Compaction and Subsidence. by Numerical Simulation. Journal of Petroleum technology. July 1989, pp. 723-728.

84. Chin, L. Y. and Boade, R. R., Full-Field, 3-D Finite-Element Subsidence Model for Ekofisk, Third North Sea Chalk Symposium, Copenhagen, June 11-12, 1990.

85. Johnson J .P., Rhett D.W., Siemers W.T. Rock Mechanics of the Ekofisk Reservoir in the Evaluation of Subsidence. Journal of Petroleum technology. July 1989, pp.717-722.

86. Bandis S.C., Barton N.R., Christianson M. Application of new numerical model of join behaviour to rock mechanics problems. Inernation Symposium of Fundamentals of Rock Joint, Bjorliden, 1985.

87. Bandis S.C. Experimental studies of scale effects of shear strength, and deformation of rock joint. Ph. D. Thezis, University of Leads, 1980, P.385.

88. Barton S.C., Bandis N.R. Some effects of scale on the shear strength of joints. Int. J. Rock. Mech. and Geomech. Abstr., 1980.

89. Barton N.R. Modelling rock joint behaviour from in-situ block tests -implication for nuclear waste repository design. Office of nuclear waste isolation. Columbus, 1982.

90. Andersen M.A., Foged N., Pedersen H.F. The rate-type compaction of a weak north sea chalk. Submitted to the 33-rd US Rock Mech. Symp. New Mechico, 1992.

91. Douglas W. Ekofisk Revisited: a new model of Ekofisk reservoir geomechanical behaviour. SPE, 1996.

92. Hamilton J.M., Shafer J.L. Measurement of pore compressibility characteristics in rock exhibition 'pore collapse' and volumetric creep, The Society of Core Analisys Annual Technical Conference Preprints, 1991.

93. Медведский P.M. Особенности фильтрации флюида в сильнодеформируемых коллекторах баженовского типа. Труды ЗапСибНИГНИ. Вып.200, Тюмень, 1985. -С. 100.

94. Risnes R., Gjesdal S.A., Landaas T.L., Madland I. Changes in mechanics properties of chalk caused by deformation and by pore pressure. Eurock'94.

95. Sulak R.M. Ekofisk field: the first 20 years. JPT, 1991.

96. Barton N, Choubey V. The shear strength of rock joint in theory and practice. Rock.Mech., 1977.

97. Barton N. The shear strength of rock and rock joint. Int. J. Rock. Mech. Min. Sci & Geomech, 1976.

98. Barton N. Review of a new shear strength criterion for rock joint. Engng. Geol., 1973.

99. Barton N. A relationship between joint rougthness and joint shear strength. Proc. Int. Symp. On Rock Mech. Nancy, 1971.