Содержание к диссертации
Введение
1. Нестабильно работающие скважины, как специфические объекты промы слово-геофизического контроля . 14
1.1. Задачи и объекты промыслово-геофизического контроля 14
1.2. Условия исследований на объектах промыслово-геофизического контроля .19
1.3. Специфика условий исследований нестабильно работающих скважин... 21
1.4. Задачи и информативные возможности промыслово-геофизического контроля нестабильно работающих скважин 22
1.5. Комплексирование геофизических и гидродинамических методов исследований скважин, как средство повышения эффективности промыслово-геофизического контроля нестабильно работающих скважин 26
2. Технология комплексного проведения и принципы совместной интерпретации геофизических и гидродинамических исследований нестабильно работающих скважин 28
2.1. Технология проведения комплексного исследования промыслово-
геофизическими и гидродинамическими методами исследований нестабильно
работающих скважин 28
2.2. Основные возможности методов промыслового геофизического контроля в нестабильно работающих скважинах 46
2.3. Информационные возможности исследований керна 46
2.4. Информационные возможности ГИС 49
2.5. Информационные возможности ГДИС 52
2.6. Информационные возможности ГДИС в комплексе с ПГИ... 54
2.6.1. Методика комплексирования ПГИ и ГДИС для повышения достоверности результатов ГДИС 54
2.6.1.1. Методика пересчета текущей фазовой проницаемости к пер воначальной проницаемости пласта на основе комплексного использования ПГИ и ГДИС ... ...г. 57
2.6.2. Методика комплексирования ГИС, ГДИС и ПГИ для получения трехмерного распределения проницаемости 64
2.6.3 Технология комплексирования ГИС и ГДИС при контроле качества гидроразрыва пласта 67
3. Численное гидродинамическое моделирование, как средство для оценки информативности ГДИС и интерпретации исследований скважин в сложных геологических условиях 70
3.1 Оценка точности конечно-разностных расчетов 70
3.2 Оценка границ применимости простых моделей 77
3.3 Оценка совместного влияния кольматации прискважинной зоны и наличия трещины ГРП 80
3.4 Моделирование гидропрослушивания на основе секторной модели залежи 85
3.5 Первичная оценка ФЕС параметров пластов по результатам моделирования . 89
3.6 Анализ информативности стандартных ГДИС при межскважин ном взаимодействии 92
3.7 Влияние вертикальной неоднородности на ГДИС 107
3.8 Информативность гидродинамических исследований нестабильно и циклически работающих скважин 114
4. Технология комплексной интерпретации данных геофизических и гидродинамических методов исследований нестабильно работающих скважин 128
4.1. Особенности технологии исследования нестабильно работающих добывающих скважин 128
4.1.1. Получение данных о неоднородности пласта по вертикали с помощью методов ГИС 128
4.1.2. Учет непостоянства фазовых проницаемостей 141
4.1.3. Комплектование методов ГДИС с ПГИ 141
4.2. Особенности технологии исследования нестабильно работающих нагнетательных скважин 168
4.2.1. Комплексирование методов ГДИС с ПГИ с применением активных технологий для учета выявления работающей мощности пласта и перетков 168
4.2.2. Мониторинг за искусственными трещинами в нагнетательных скважинах при помощи комплексного применения ГДИС и ПГИ с использованием активных технологий 173
4.3. Достоверные оценки 3D распределений проницаемости, как результат
совместной обработки данных ГИС, ГДИС и ПГИ 183
5. Разработка алгоритмов автоматизированной интерпретации при комплектовании ГИС и ГДИС 190
Заключение 200
Литература
- Условия исследований на объектах промыслово-геофизического контроля
- Основные возможности методов промыслового геофизического контроля в нестабильно работающих скважинах
- Оценка совместного влияния кольматации прискважинной зоны и наличия трещины ГРП
- Комплектование методов ГДИС с ПГИ
Введение к работе
Приоритетом развития нефтегазовой промышленности в последнее время является рост нефтедобычи. Этот рост обеспечивается как за счет увеличения нефтеизвлечения на старых месторождениях, так и за счет ввода в разработку новых. Одновременно повышается роль новых технологий в планировании и осуществлении разработки месторождений. Уже кажется немыслимой эксплуатация залежей без постоянно действующей цифровой модели месторождения [35]. Для решения задач разработки месторождений необходима высокая разрешен ность геологической модели, так как без знания детального строения геологической среды невозможно эффективно управлять разработкой и вести учет остаточных запасов углеводородов. Настройка и успешное функционирование современной цифровой фильтрационной модели пласта требуют использования большого объема разнородной и разномасштабной информации (геологической, геофизической, промысловой и др.) [85]. Для повышения эффективности нефтегазоизвле-чения важна полная и своевременная информация о текущем состоянии залежи и подземного оборудования, нарушениях в работе скважин и пластов, свойствах и параметрах работы пластов и пр. Среди этой информации важнейшее место занимают данные о проницаемости отложений. От того насколько точны и детальны эти данные, зависит степень соответствия цифровой модели и реального строения пласта, а значит точность воспроизведения истории разработки и точность прогноза поведения залежи в будущем. Без этих данных невозможно правильное управление резервуаром при разработке, планирование мероприятий по увеличению производительности скважин и, в конечном счете, увеличение параметров нефтеизвлечения. Итак, во многом успех разработки нефтяных залежей зависит от степени изученности продуктивного пласта. [2, 5, 67, 85]. Для этой цели используются различные способы исследований: геологические, летрофизические, геофизические, гидродинамические и пр. [33, 39, 69]. Однако ни один из этих независимых способов не лишен недостатков и, как следствие, не может полностью удовлетворять современным требованиям, предъявляемым к качеству и объему необходимой информации. Поэтому как на разведываемых, так и на разрабатываемых площадях необходимо применение комплексирования перечисленных способов исследования залежей.
Одним из базовых составляющих этого комплекса является промыслово-геофизический контроль (ПГК). Комплекс ПГК включает в себя систему регуляр-
ных исследований скважин геофизическими, промысловыми и гидродинамическими методами контроля разработки месторождения [61J. В настоящее время нефтяные компании уделяют пристальное внимание к качеству проводимых исследований при анализе разработки месторождений [86, 87]. Высокое качество и информативность всех типов скважинных исследований, выполняемых на эксплуатируемых месторождениях, позволяет получать достоверную информацию о характере разработки месторождения и эксплуатировать его наилучшим образом [38]. Таким образом, для нефтяных компаний главным аргументом эффективности проводимых скважинных исследований считается полезность полученной геолого-промысловой информации как для выполнения оперативных мероприятий на отдельных скважинах или пластах, так и для повышения нефтегазодобычи и коэффициента извлечения нефти на разрабатываемых месторождениях. Исторически геофизические и гидродинамические исследования скважин, как одни из базовых элементов комплекса промыслово-геофизического контроля, развивались отдельно. Рассмотрим более подробно каждый из методов.
На основе интерпретации результатов геофизических исследований скважин (ГИС) происходит обеспечение подсчета запасов углеводородов необходимыми параметрами, и обеспечение технологических схем и проектов разработки нефтегазовых месторождений информацией о свойствах пород, их изменчивости по разрезу скважин и площади и пр. Основы работ по решению этих задач заложили Дахнов В. Н., Комаров С.Г., Кобранова В. Н., Добрынин В. М. В дальнейшем это направление было продолжено усилиями большого числа исследователей: Ларионов В. В., Резванов Р. А., Вендельштейн Б. Ю., Золоева Г. М., Дьяконов Д. И., Итенберг С.С., Кожевников Д. А., Неретин В. Д., Гутман И.С. Виноградов В. Г., Латышоаа М. Г., Горбачев Ю.И., Гулин Ю.А., Леонтьев Е. И., Кузнецов Г. С, Поляков Е.Е., Стрельченко В. В., Соколова Т. Ф., Савостьянов Н.А., Черноглазое В. Н., Ханин А.А. Городнов А. В., Элланский М. М., Дьяконова Т. Ф., Манче-ва Н. В., Кашик А.С. и др., а так же К. Schlumberger, Timur, A., Kenyon W., Ama-beoku M. O. et al. [16, 17, 21, 24, 32. 33, 39, 41,42, 43, 45, 48, 52, 55, 59, 70, 72, 74, 80, 83, 91, 100, 110, 111, 113, 125, 134].
В процессе эксплуатации залежей углеводородов геофизические исследования (ПГИ) применяются при выявлении работающих пластов в эксплуатационных скважинах, оценки профиля продуктивности (приемистости), оценки охвата выработкой и заводнением, определении мест поступления в скважину жидкости и газа, выявлении интервалов перетоков нефти, газа и воды по внутриколонному,
межколонному и затрубному пространствам; контроле за изменением в пласте начальных и текущих контактов - нефтеводяного, газонефтяного и газоводяного; установлении состава и плотности многофазной смеси в стволах скважин для определения состава притока продукции; определении суммарных фазовых расходов в эксплуатационной скважине, оценке расходных содержаний притока, выделении зон поступления нефти, газа, пластовой и нагнетаемой воды; наблюдении за режимом работы эксплуатационных скважин и оценке суммарных фазовых де-битов по положению во времени разделов нефть-вода и газ-жидкость в работающих в режиме накопления малодебитных скважинах; наблюдении за передвижением нагнетаемых вод по пласту; оценке изменений коэффициентов текущего нефтегазонасыщения и нефтегазотдачи; контроле технического состояния скважин (определении негерметичности и коррозии труб, состояния цементного кольца, искусственного забоя, подземного оборудования и пр.), определении работающих мощностей пластов, обводняемых нагнетаемыми водами, осушиваемыми закачиваемым газом и пр.; уточнении геологического строения и запасов углеводородов в разрабатываемом нефтяном или газовом месторождении или эксплуатируемым промышленным хранилищам газа (ПХГ). В решение этих задач значительную лепту внесли Дахнов В.Н., Дьяконов Д.И., Комаров С.Г., Ларионов В.В., Басин Я. Н., Кузнецов О.Л., Холин А.И., Вендельштейн Б.Ю., Позин Л.З., Поздеев Ж.А., Браго Е.Н., Царев А.В., Ермолкин О.В., Б. А. Яковлев, Горбачев Ю.И., Двор-кин И.Л., Вапиуллин Р.А., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С., Резванов Р.А., Орлин-ский Б. М., Марьенко Н.Н., Парфененко Н.В., Швецова Л.Е., Кривко Н.Н., Широков В.Н., Кременецкий М.И., Ипатов А.И., Серкова М.Х., Деркач А.С. Буевич А.С, и др. [7, 9, 11, 13, 22, 36, 49, 50, 61, 70, 71, 73, 81, 82, 89, 92, 97].
Гидродинамические исследования скважин (ГДИС) применяются для контроля за текущим энергетическим состоянием разрабатываемых пластов, для определения и контроля за изменением фильтрационных свойств, в частности текущей фазовой проницаемости, для определения параметров прискважинной зоны пласта, для обоснования мероприятий по интенсификации притока (ГРП, СКО, АКВ и пр.) и контроля качества их проведения, а также для уточнения геологического строения залежи, для выявления его ограниченности и неоднородности. Заметный вклад в развитие ГДИС внесли как многие отечественные исследователи: Бузинов С. Н., Умрихин И. Д., Алиев 3. С, Шеремет В. В., Басниев К. С, Василевский В. Н., Петров А. И., Габдулин Т. Г., Зотов Г. А., Кульпин Л. Г., Мясников Ю. А., Шагиев Р. Г., Щелкачев В.Н, С.Г. Вольпин, Боганик В.Н., Мирзаджанадзе А. X., Ва-
7 сильев В. И., Портнов В. И., Рахимкулов И. Ф., Карнаухов М.Л., Рязанцев Н.Ф, Коро-таев Ю.П., ЗакировС.Н., Гавура В.Е., Гриценко А. И.. Чернов Б. С, Базлов М. Н., Жуков А. И., Черный В.Б., Каплан Л.С., Черных В.А. и др., так и зарубежные Horner D.R., Miller С.С, Dyes А.В., Hutchinson С.А. Jr., Cinco-Ley Н, Bourdet D, Ramey H. J. Jr., Lee W. J., Gringarten A. C, Dietz D. N., Economides M. J., Fair W. Jr., Hege-man P. S., Spivey, J.P., Fetcovich M. J., Aziz K, Kuchuk F., Grayson ST., Morris C.W. and Blume C.R., Smolen, J. J., Litsey, L R. et al. [4, 8, 12, 14, 15, 18, 19, 44, 47, 51, 53, 69, 76, 84, 90, 93, 98, 101, 104, 105, 106, 107, 108, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 123, 124,126, 127, 128, 129, 131, 132, 133].
На современном этапе развития промыслово-геофизического контроля становится понятно, что геофизические и гидродинамические методы контроля все теснее сближаются, становятся связаны друг с другом. Это сближение обуславливается общими условиями проведения исследований, близкой технологией проведения и, в целом, общими задачами - мониторингом разработки месторождения, выявлением проблемных зон и, в конечном счете, повышением нефтеизвлечения. Поэтому сейчас можно сказать, что комплексирование ГИС ПГИ и ГДИС постепенно входит в нашу жизнь. В рамках создания постоянно действующих моделей месторождения происходит аккумуляция и комплексное использование всех результатов исследований скважин [2, 5, 35, 67, 75, 77, 85, 112, 122, 123, 130]. Однако до настоящего времени вопрос комплексирования геофизических и гидродинамических исследований ставился только на этапе совместного анализа и использования полученных ранее результатов. В то время как комплексирование ГИС, ПГИ и ГДИС непосредственно на этапе планирования и проведения исследований и совместный анализ результатов позволяют получить качественно новую информацию о пласте. Здесь необходимо отметить два аспекта.
С одной стороны комплексирование геофизических и гидродинамических исследований позволяет повысить достоверность результатов ГДИС, По результатам ПГИ выявляются межпластовые перетоки, работающие интервалы, эфсрек-тивные работающие толщины, определяются состав и структура заполнения ствола, состав притока и уточняется текущее насыщение пластов. Использование этих результатов при интерпретации ГДИС позволяет достоверно оценить гидродинамические параметры пласта и исключить возможность получения ошибочной информации. Например, полученное значение текущей фазовой проницаемости пласта без учета вышеперечисленной информации может значительно отличаться от истинного. Особенно это характерно для нестабильно работающих скважин.
С другой стороны комплексное использование данных ГИС, ГДИС и ПГИ позволяет получить дополнительную информацию. С помощью ГИС и ПГИ выявляется неоднородность пласта по вертикали. С помощью комплексного исследования методами ГДИС и ПГИ определяется достоверное среднее (по глубине) значение текущей фазовой проницаемости вместе с информацией о составе притока и работающих толщинах. При наличии кернов ых исследований можно перейти от текущей фазовой проницаемости к первоначальной. Объединив эту информацию, можно получить истинное распределение проницаемости по глубине. Кроме того, по результатам комплексного гидродинамико-геофизического исследования можно выявить области выклинивания пород-коллекторов, изолирующие геологические разломы, а также зоны значительного изменения фильтрационных свойств пласта. По этому автором предлагается применение данного вида исследования, наряду со стандартной корреляцией геофизических кривых и сейсмикой для трехмерного распространения фильтрационных свойств. Общеизвестно, что в процессе разработки месторождения происходит изменение проницаемости пластов. В первую очередь это связано с изменением состава притока в результате обводнения, разгаэирования и пр. Однако кроме этого в результате разработки месторождения возникают техногенные искажения структуры коллектора, чаще всего выражающиеся в изменении коэффициента проницаемости отдельных прослоев. При постоянном мониторинге с применением комплекса гидродинам и ко-геофизических исследований становится возможным отслеживание изменений проницаемости во времени и, таким образом, получение четырехмерного куба проницаемости.
В настоящее время особую актуальность приобрели проблемы, связанные с неравномерной выработкой запасов углеводородов из пластов из-за различной проницаемости прослоев в связи с переходом многих крупных месторождений на позднюю и заключительную стадии разработки, которые характеризуются высокой обводненностью продукции. Большая часть новых месторождений характеризуется низкими фильтрационными свойствами коллекторов. В результате в настоящее время существенную часть фонда эксплуатационных скважин составляют скважины, работающие в нестабильном режиме.
Промышленный опыт показывает, что при исследовании нестабильно работающих скважин стандартные технологии и методики интерпретации не позволяют получить однозначные результаты. В этих условиях актуальность решения вышеперечисленных задач многократно возрастает.
Целью данной работы является разработка методики получения в условиях нестабильно работающих скважин детального трехмерного распределения проницаемости пласта для информационного обеспечения постоянно действующей цифровой модели месторождения на базе комплексных геофизических и гидродинамических исследований.
Основные задачи, решенные в соответствии с поставленной целью:
Совершенствование технологии проведения совместных геофизических и гидродинамических исследований нестабильно работающих скважин для однозначной оценки фильтрационных параметров, включая построение трехмерного распределения проницаемости исследуемого пласта.
Теоретический и экспериментальный анализ информативности совместных геофизических и гидродинамических измерений с учетом динамичного характера поведения исследуемого объекта: изменения состава притока при многофазной фильтрации, эффективной работающей толщины, значительного несоответствия устьевого и забойного дебита скважины и др.
Разработка и апробация методики комплексной интерпретации ГИС-ПҐИ-ГДИС, выполненных в условиях нестабильно работающих скважин, с целью повышения достоверности геолого-промысловых, петрофизических и фильтрационных параметров пласта.
Разработка алгоритмов программ, реализующих методику интерпретации комплексных геофизических и гидродинамических исследований нестабильно работающих скважин для информационного обеспечения и настройки постоянно действующей цифровой модели месторождения.
Методы решения поставленных задач
Для решения поставленных задач использовались обобщение и анализ современного состояния исследований, направленных на решение описанного круга проблем; известные и модифицированные автором аналитические соотношения для расчета параметров геофизических полей; численное математическое моделирование; а также обработка и интерпретация результатов многочисленных промышленных исследований пластов и скважин. При работе автором применялось следующее программное обеспечение (ПО):
Научная новизна работы
Разработана технология проведения комплексных многоцикловых геофизических и гидродинамических исследований скважин, основанная на оптимизации депрессий и последовательности проведения работ в зависимости от условий разработки пласта и эксплуатации скважины.
Выполнено обоснование методики и созданы новые алгоритмы получения достоверных трехмерных распределений проницаемости для условий нестабильно работающих скважин на базе комплексного использования ГИС, ПГИ и ГДИС, включающей:
способы совместной интерпретации ПГИ и ГДИС с учетом динамики изменения состояния объекта: изменения состава и профиля притока, процессов массопереноса в стволе, подключения новых пластов и пр.
способы контроля за образованием и развитием трещин гидроразрыва пласта в нагнетательных скважинах, основанные на изучении изменения параметров трещин в зависимости от интенсивности нагнетания,
способ получения трехмерных распределений проницаемости, заключающийся в корректировке поля проницаемости по ГИС на основе результатов ПГИ и ГДИС, полученных в опорной сети скважин.
3) Усовершенствована технология секторного гидродинамического моделирова
ния с целью уточнения параметров дальней зоны пласта, учитывающая дина
мический характер информации ПГИ и ГДИС.
Практическая значимость
Предложенные технология проведения и методика интерпретации комплексных исследований ПГИ-ГДИС в максимально сложных условиях нестабильно работающих скважин позволяют раздельно оценить параметры прискважинной зоны и определить фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) неизмененной части пласта.
Разработанная методика исследований наиболее весома в условиях неоднородных пластов, т.к. обеспечивает возможность достоверного определения ФЕС в условиях изменяющихся работающих толщин и состава притока.
Предложенный способ оперативного выявления и контроля динамики изменения параметров трещин гидроразрыва в нагнетательных скважинах позволяет более рационально управлять процессами вытеснения.
Реализованная возможность получения достоверного трехмерного распределения проницаемости предназначена для настройки постоянно действующей цифровой модели месторождения и, тем самым, позволяет повысить качество проектов разработки месторождения.
Внедрение результатов исследований
Основные положения проведенной работы включены в единую автоматизированную технологию анализа и подготовки данных ГДИС-ПГИ при геомоделировании месторождений и успешно внедрены в НК «Сибнефть» и «Сибнефть—ННГ». Новые способы проведения комплексных исследований геофизическими и гидродинамическими методами и методика их интерпретации значительно повысили информативность исследований нестабильно работающих скважин и, как следствие, эффективность разработки месторождений. Полученные данные о свойствах пластов и состоянии скважин использованы при создании трехмерных геологических и гидродинамических моделей следующих месторождений в ДПРМ НК «Сибнефть»: Западно-Ноябрьское, Западно-Суторминское, Карамовское, Пальяновское, Приобское, Романовское, Спорышевское, Средне-Итурское, Суг-мутское, Ярайнерское. В частности, при исследовании скважин Приобского месторождения помимо куба проницаемости оценены параметры трещин гидроразрыва пласта (ГРП). На основе этой информации создана цифровая гидродинамическая модель и оптимизирована система разработки. На основе результатов исследования нестабильно работающих нагнетательных скважин по методике автора выявлено образование трещин ГРП, изменяющих параметры в зависимости от режима нагнетания. При этом на Спорышевском месторождении выявлен разрыв глинистой перемычки и формирование перетока в водоносный пласт. На основе полученной информации процесс нагнетания был оптимизирован и непроизводительная закачка воды остановлена.
Отметим, что предлагаемые методики являются универсальными и в принципе могут быть применены для любого нефтяного района.
12 Апробация работы
Результаты диссертационной работы и основные положения докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
Всероссийский форум исследователей скважин «Современные гидродинамические исследования скважин: разбор реальных ситуаций» Москва, Акад. нар. хоз., декабрь 2003; (Особенности гидродинамических исследований низкопроницаемых коллекторов).
IV творческая конференция молодых специалистов ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз», Ноябрьск, ОАО «Сибнефть-ННГ», апрель 2004;
4-я Научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, РГУ НГ, март 2001;
4 Научная конференция «Молодежная наука нефтегазовому комплексу». Москва, РГУ НГ, апрель 2004;
5-я Научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, РГУ НГ, март 2003;
53*55-я Студенческая научная конференция «Нефть и газ 1999^2001», Москва, РГУ НГ, апрель 1999-2001;
Technical interest Group workshop of Society of Petroleum Engineers, Москва, РГУ НГ, SPE, май 2004;
научно-технические семинары в НИиПП «ИНПЕТРО»,
научно-технические семинараы в ДПРМ ОАО «Сибнефть».
Публикации
По результатам исследований опубликовано 14 работ, в том числе 7 без соавторов и 6 тезисов докладов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Текст изложен на 212 страницах машинописного текста, включая 121 рисунок, 19 таблиц и список литературы из 133 наименований. Диссертация выполнена в аспирантуре Российского Государственного Университета нефти и газа им. И. М. Губкина на кафедре Геофизических Информационных Систем. Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и определены основные задачи исследований, указаны методы решения поставленных задач, показаны научная новизна и практическая значимость. В первой главе дан обзор предшествующих исследований и анализ современного уровня научно-исследовательских
13 работ в области создания и совершенствования методического, алгоритмического и информационного обеспечения геофизических методов исследований скважин, проводимых в открытом стволе (ГИС), промысл о во-геофизических методов контроля разработки месторождений (ПГИ) и гидродинамических методов исследования скважин при контроле за разработкой месторождений с точки зрения получения информации о проницаемости. Определена специфика каждого метода в зависимости от условий проведения исследований, в частности, при контроле нестабильно работающих добывающих и нагнетательных скважин. Во второй главе обоснована и детально описана технология проведения комплексного исследования методами ПГИ и ГДИС. Там же приведена информативность геофизических и гидродинамических методов исследований скважин и изложены принципы их совместного применения. В этой главе на основе теоретического и экспериментального изучения методов промыслово-геофизического контроля показаны новые информативные возможности, возникающие при комплексном использовании геофизических и гидродинамических методов исследований скважин. В третьей главе приведены наиболее интересные результаты гидродинамических расчетов автора. Показаны информативные возможности ГДИС при исследовании неоднородных пластов. В четвертой главе на конкретных примерах изложена технология комплексной интерпретации данных геофизических и гидродинамических методов исследований нестабильно работающих скважин с учетом особенностей добывающих и нагнетательных скважин. Результаты применения методики показывают не только повышение точности и достоверности результатов измерений, но и получение принципиально новой информации - получение истинного детального трехмерного распределения проницаемости исследуемого пласта. В пятой главе приведены разработанные автором алгоритмы совместного использования геофизических и гидродинамических методов исследования. В заключении подведены основные итоги работы.
Условия исследований на объектах промыслово-геофизического контроля
Интерпретация методов промыслово-геофизического контроля всегда осуществляется на основе информационной модели. Традиционно при ПГК под моделью понимают совокупность качественных и количественных характеристик, описывающих конфетный объект геофизических исследований [61]. Элементарным объектом промыслово-геофизического контроля является процесс в скважине или вмещающих пластах. Более сложными объектами являются совокупность процессов, характеризующих в целом скважину, пласт, интервал разреза и пр. И, наконец, модель залежи и месторождения развивается на основе обобщающей интерпретации геофизической и геолого-промысловой информации. В диссертационной работе исследуются возможности информационного наполнения одной из базовых составляющих этой модели - системы «скважина-пласт». Тем самым внимание сосредоточивается на возможностях ГИС-контроля по изучению текущего состояния конкретной скважины, пласта и массива вмещающих пород, непосредственно влияющих на ее состояние.
Совокупность параметров системы «скважина-пласт» и происходящих в них процессов при проведении исследований комплекса промыслово-геофизического контроля называют условиями проведения исследований. Условия проведения исследований можно подразделить по особенностям поведения скважин при их проведении: - исследования в длительно простаивающих скважинах, - исследования в длительно эксплуатирующихся на технологическом режиме скважинах, - исследования в действующих скважинах, для которых характерно чередо вание длительных циклов стабильной эксплуатации, - исследования в нестабильно работающих скважинах [13, 49, 61, 63 и др.].
В приведенной таблице описано большое количество объектов. В зависимости от условий проведения исследований значительно меняется информативность методов промыслово-геофизического контроля. Методики исследований стабильно работающих скважин достаточно хорошо изучены [7, 22, 36, 70, 71, 73, 81, 89, 97 и др.]. В данной работе автор сфокусировался на нестабильно работающих объектах. Как следует из таблицы 1.2.1, роль нестабильных режимов при проведении исследований очень велика. Подобные режимы применяются и при исследовании скважин, способных работать с установившимися дебитами. При этом повышается потенциальная информативность исследования в результате изменения технологии исследования с применением различных режимов работы скважины. Появляются возможности придания информативным эффектам характерных черт, в частности, изменение формы аномалии, особенностей поведения аномалии во времени и т.п. [13,49, 50, 61, 63 и др.].
В работе особое внимание уделяется объектам, нестабильный режим работы которых является единственно возможным режимом их эксплуатации. В условиях повсеместного вовлечения в разработку залежей, характеризующихся низкими фильтрационными свойствами, все больше эксплуатируемых скважин характеризуются нестабильным характером работы. Нестабильность режимов одновременно является и достоинством и недостатком. С одной стороны повышается потенциальная информативность исследования, но с другой стороны применение стандартных методик в случае нестабильных режимов не всегда приводит к однозначным результатам.
Повышение информативности ПГК таких объектов требует новых подходов как в области технологии проведения исследований, так и в области интерпретации результатов измерений. Анализируя информативные признаки и основные факторы-помехи необходимо обеспечить выявление полезной информации на фоне помех. При этом нестационарные методы исследований обладают значительным преимуществом по сравнению с технологиями независящими от времени. Нестационарные исследования позволяют наблюдать не только величины измеряемых параметров в статике, но и их поведение в динамике. В связи с этим, характер изменения даже сравнительно небольшой величины полезного сигнала от времени с учетом величины факторов-помех при нестационарных процессах позволяет получить полезную информацию даже в случаях, когда применение стандартных методик бесполезно. При этом при интерпретации необходимо применение специальных технических приемов.
Поэтому в данной работе автором сделан акцент на создание комплексной методики исследований нестабильно работающих скважин и анализ информативности результатов на фоне факторов-помех. Отметим, что в виду того, что полный спектр приложений рассмотренных технологий достаточно широк, автор осознанно ограничил область исследований, и основной объем анализа проведен для нефтяных месторождений.
Основные возможности методов промыслового геофизического контроля в нестабильно работающих скважинах
Данная глава посвящается технологиям определения фильтрационных свойств пластов нестабильно работающих скважин. Одной из наиболее распространенных причин нестабильной работы скважин являются низкие фильтрационные свойства разрабатываемого пласта. В настоящее время все большую долю разрабатываемых месторождений занимают месторождения с трудно извлекаемыми запасами. Традиционно для изучения фильтрационных свойств использовался один конкретный метод исследования. При анализе исследований в нестабильно работающих скважинах необходимо применение комплексного подхода. Только применяя все существующие методы, появляется возможность получить достоверную необходимую информацию.
На практике используются несколько способов определения параметра проницаемости: 1) исследование керна, 2) по результатам геофизических (ГИС) и 3) гидродинамических исследований скважин (ГДИС). В данной главе рассматриваются достоинства и недостатки перечисленных групп методов, их сравнительный анализ и обоснование технологии совместного использования всех методов промыслового геофизического контроля для получения более точной и широкой информационной картины.
Оценки проницаемости, полученные при исследованиях образцов керна, относится к прямым способам измерения и считается наиболее достоверными [39, 42, 55]. Но это не всегда так. Ведь в подавляющем большинстве случаев проницаемость керна определяется для газовой фазы, что не соответствует проницаемости пласта для нефти. Основной же проблемой является то, что керновые данные носят точечный характер и зачастую малопредставительны если имеют место: высокая неоднородность коллектора, плохой вынос керна, трещиноватое строение пласта. Подтвердим это следующим расчетом. Допустим, что имеется неоднородный коллектор, состоящий из пропластков различной степени глинистости и расчлененный непроницаемыми глинистыми и плотными пропластками. Диаграмма проницаемости неоднородного пласта приведена на рис.2.3.1. Средневзвешенная проницаемость пласта составляет 3.5 мД при эффективной толщине 11.6 м. В случае неполного выноса керна логично предположить, что более рыхлые образцы с большей проницаемостью могут рассыпаться. Предположим 3 случая выноса керна из этой скважины: 1 - керн отобран из всех проницаемых пропластков, 2 - керн не отобран из пропластков с прницаемостью более 16 мД, 3 - керн не отобран из пропластков с прницаемостью более 8 мД. При не полном выносе керна появляется ошибка и в средних по пласту параметрах: во втором случае среднее значение проницаемости составляет 2.5 мД, в третьем - 1.0 мД. Таким образом, можно сделать вывод о том, что проницаемость по керну в неоднородном пласте существенно занижается и ошибка доходит до сотен процентов. К тому же меняется сама зависимость проницаемости от пористости. В первом случае зависимость проницаемости от пористости будет следующей: Кпр = 0.0021 е04555Кп; во втором - Кпр = 9Е-05 е6274Кп; в третьем Кпр = 0.0003 е 36 . Сопоставление приведенных зависимостей показано на рис.2.3.2. Из графика видно, что использование зависимости, полученной в области низких проницаемостей, приводит к значительному завышению проницаемости в области высоких проницаемостей. В данном примере уже в районе Кп=21% ошибка в Кпр при использовании ложной зависимости составляет более 150%.
Отметим так же отсутствие глубинности метода, что приводит к низкой представительности в сильно изменчивом коллекторе. Это приводит к низкой достоверности эмпирической связи пористости и проницаемости. Характерный пример приведен на рис.2.3.3, из которого видно насколько велик типичный разброс значений проницаемости, полученных на образцах керна с одинаковой пористостью. По этому разбросу можно судить, насколько ошибочны величины проницаемости пропластков при использовании линейной корреляционной зависимости между пористостью и проницаемостью.
В результате можно сделать следующие выводы об оценке проницаемости с помощью керновых исследований:
1. наиболее распространенный способ определения проницаемости для газовой фазы дает результаты не соответствующие реальной проницаемости коллектора для нефти в пластовых условиях;
2. в неоднородном коллекторе проницаемость занижается в результате разрушения наиболее проницаемых образцов;
3. полученные эмпирические связи пористости и проницаемости обладают низкой достоверностью.
Все это не позволяет признать метод исследования керна основным для массового определения проницаемости пород.
Оценка совместного влияния кольматации прискважинной зоны и наличия трещины ГРП
Довольно хорошо изучено влияние загрязнения прискважинной зоны на информативность ГДИС. Также много работ посвящено анализу поведения давления в присутствии трещины ГРП. Однако с практической точки зрения интересен вопрос совместного влияния зоны кольматации прискважинной зоны, вызванной, например, бурением и трещины гидроразрыва. Для анализа данной ситуации автором выполнена серия вычислений с использованием программного продукта ECLIPSE. Производственный опыт, накопленный автором, показывает, что загрязнение трещины, как правило, отсутствует, т. е. наиболее типичным является отсутствие дополнительного скин-фактора трещины. В виду этого для теоретического исследования были приняты следующие параметры трещины: полудлина -50 м, проницаемость проппанта - 600 Д, безразмерная проводимость - 1.15. Использовались следующие свойства пласта: проницаемость - 50 мД, толщина -Юм, пористость - 20%, пластовое давление 230 бар, насыщение - чистая нефть, вязкость -1.5 сП. Геометрия сетки приведена на рис. 3.4 и 3.5.
На рис. 3.4 видно, что за время проведения исследования - 100 суток работы со стабильным дебитом, воронка депрессии еще очень далеко от границ резервуара. Таким образом, с точки зрения данного исследования можно считать пласт бесконечным.
Размер ячеек изменяется от 580 м в 4.5 км от скважины до 0.0008 м внутри трещины ГРП возле скважины. Увеличенный фрагмент, отображающий районы сгущения сетки, приведен на рис. 3.5. Сгущение сделано как непосредственно в околоскважинной области, так и возле концов трещины гидроразрыва.
В качестве кольматации прискважинной зоны использовалась квадратная область измененной проницаемости на расстоянии 4 м от скважины. Проницаемость загрязненной зоны взята в десять раз меньше проницаемости пласта (рис. 3.6).
Отметим, что в работе приведены результаты только наиболее ярких и характерных примеров, хотя было проведено множество расчетов с изменением различных параметров скважины, пласта и флюидов.
Для упрощения обработки моделировалось исследование типа КСД - пуск скважины в работу с фиксированным дебитом. Для большей наглядности полученных результатов при расчетах не учитывалось влияние ствола скважины.
Проанализируем полученные результаты. Рассчитанные кривые изменения давления во времени приведены на рис. 3.7 и 3.8.
Скважина запускается в работу с дебитом 100 м3/сут и темп падения давления в скважине относительно логарифма времени приведен на рис. 3.7. Ввиду отсутствия влияния ствола скважины кривая изменения давления для случая однородного пласта выпрямляется. Обратим внимание на поведение давления в случае присутствия трещины гидроразрыва. С точки зрения автора наиболее любопытен факт мизерного отличия между поведением давления в случае присутствия и отсутствия скиновой зоны, когда она пробита трещиной ГРП, т. е. падение давления в случае присутствия зафязнения прискважиннои зоны лишь немного больше, чем при ее отсутствии. Это еще более ярко видно, если сравнить с поведением давления в случае присутствия скиновой зоны не вскрытой трещиной гидроразрыва, приведенном на рис 3.8.
Отметим, что в данных условиях в случае наличия в прискважиннои зоне ухудшения проницаемости оказалось невозможным поддержание постоянного дебита в 100 мэ/сут. Менее чем за полчаса эксплуатации давление упало до минимально возможного значения (при расчетах было задано 20 атм) и дебит значительно снизился. После этого происходило падение дебита практически при постоянном давлении. Зарегистрированное изменение дебита приведено на рис. 3.9.
Таким образом, можно однозначно заключить, что в условиях качественного проведения ГРП влияние загрязнения прискважиннои зоны при бурении практически нивелируется. При этом критериями качественного ГРП являются: 1) достаточная длина трещины (Lf 10 R$, U - полудлина трещины, Rs - радиус зоны кольматации); 2) достаточная проницаемость трещины ГРП (Kf w)/(K«l_f) 1, где Kf - проницаемость проппанта, w - ширина трещины, К - прницаемость пласта), 3) отсутствие скин-фактора кольматации непосредственно трещины; 4) отсутствие разгазирования нефти в трещине ГРП в результате излишнего снижения забойного давления.
Информативным средством уточнения геологической модели залежи уже на этапе эксплуатации месторождения является гидропрослушивание. По мере усложнения геологических условий разрабатываемых пластов и внедрения в производство новых технологий, планирование гидропрослушивания становится все более трудной задачей. Поэтому актуальным становится применение секторного моделирования для оценки возможности проведения гидропрослушивания и пла 85 нирования необходимых режимов работы и длительности остановки исследуемых скважин. Практический пример таких расчетов приводится в следующей главе.
Одной из важных задач в настоящее время становится проектирование гидропрослушивания в нестандартных условиях: сильно неоднородный пласт, несколько взаимовлияющих скважин, влияние протяженных горизонтальных скважин и пр. Это касается как более достоверной обработки результатов гидропрослушивания, так и непосредственно проектирования исследований. Благодаря применению моделирования, возможно проведение интерпретации гидропрослушивания, выполненного по стандартной технологии (по схеме «одна возбуждающая и несколько реагирующих скважин») в условиях любой геометрии пласта и высокой степени его неоднородности. Но в рамках выполняемой работы, задачу можно поставить и более широко. Речь идет об обосновании информативности измерений и об обработке результатов при более сложных технологиях работ (типа: совместная эксплуатация нескольких скважин, последовательное изменение режима работы отдельных скважин и пр.). Это позволит существенно расширить рамки применимости технологии гидропрослушивания.
Рассмотрим конкретный пример решения такой задачи. Для выяснения возможности проведения гидропрослушивания между горизонтальной и вертикальной скважинами была проведена работа по гидродинамическому моделированию части пласта ВКі одного из местрождений ОАО «Сибнефть».
Для получения более точных результатов были проведены расчеты на участке геологической модели месторождения. Размер участка достаточно велик, чтобы за время проведения исследования границы не влияли на поведение давления. Распределение насыщения, расположение и траектория скважин представлены на рис. 3.10 и 3.11. Распределение проницаемости приведены на рис. 3.12 и 3.13. Пластовое давление невысокое - 141 атм. Отметим, что пласт насыщен тяжелой высоковязкой нефтью. Было смоделировано два возможных варианта проведения гидропрослушивания:
Комплектование методов ГДИС с ПГИ
Для качественного проведения ҐРП необходимо уточнение данных о проницаемости пласта и пластовом давлении. Для этого в соответствии с комплексной методикой геофизических и гидродинамических исследований скважин были проведены гидродинамические исследования. Результаты измерений в интервале пласта АСю1 представлены на рис. 4.1.7.
Во время притока видно, как падает дебит при уменьшении депрессии. Для упрощения цикл притока разбит на несколько временных отрезков, когда темп роста давления практически постоянен и в каждом из них рассчитывался дебит пласта.
Анализ цикла восстановления давления с результатами интерпретации методом совмещения в двойных логарифмических координатах и координатах Хор-нера и результаты интерпретации приведены на рис. 4.1.8.
Точками здесь и далее обозначены измеренные данные, а линиями - рассчитанные при интерпретации.
При проведении интерпретации загиб производной вверх на конечном участке исследования игнорировался. В данном случае загиб образовался в результате недостаточной продолжительности притока перед закрытием скважины. Полученная продуктивность близка к рассчитанной с помощью информации цикла притока (немного завышенной в результате нестационарности) - 0.05 м3/сут/бар.
Напомним, что по результатам геофизических исследований выявлена значительная неоднородность пласта АС-ю1 по разрезу. В этих условиях интегральные значения фильтрационных параметров, определенные в результате одних гидродинамических исследований, весьма приближенно характеризуют эти объекты. Более точные данные были бы получены в результате поинтервального опробования. Из всех гидродинамических методов наилучшим образом отображают анизотропию пласта по вертикали точечные опробования (например, прибор МОТ компании Schlumberger), однако такие исследования довольно дороги и трудоемки. Вместо этого в данной работе предлагается проведение комплексного анализа данных геофизических и гидродинамических исследований скважин. В соответствии с предлагаемой методикой было проведено распределение полученного с помощью ГДИС значения фазовой проницаемости по глубине в зависимости от полученной с помощью ГИС неоднородности коллектора. Для расчетов был использован алгоритм, приведенный в главе 3.5.2. На рис. 4.1.9 приведена полученная кривая изменения фазовой проницаемости по глубине. Шифр кривых показан на стр. 127-128.
К сожалению, опробование пласта АСц2 оказалось технически неудачным не сработал механизм закрытия скважины на забое. В результате для определения проницаемости пришлось довольствоваться следующей приближенной оценкой. В той части пласта, где отложения образовались в сходных геологических условиях, приводилось сопоставление средневзвешенного по толщине значения проницаемости, полученного геофизическими методами с результатами гидродинамических исследований. Полученная таким образом корреляция приведена на рис. 4.1.10.
Как видно из графика, в результате значительной неоднородности пласта и отсутствия возможности учета всех влияющих факторов, величины коэффициента проницаемости, определенные различными методами, не всегда совпадают и имеются «окна» диапазона данных. Однако, когда испытание пласта оказывается технически неудачным, до проведения дополнительных исследований остается довольствоваться точностью данной корреляции. Приближенная технология включает выявление неоднородности пласта по проницаемости с помощью геофизических методов и коррекцию абсолютного значения по корреляции.
Основываясь на информации, полученной в результате комплексного исследования геофизическими и гидродинамическими методами исследования скважин, было принято решение о проведении операции гидроразрыва пласта.
Правильно спроектированная и созданная трещина, кроме увеличения продуктивности скважины, разорвет все непроницаемые прослои внутри продуктивного коллектора, что позволит обеспечить больший охват пласта выработкой. В результате в течение продолжительного периода будет обеспечена экономически выгодная работа скважины, до того не способной к стабильной работе.
Таким образом, зная механические свойства матрицы коллектора и получив в результате комплексного исследования вертикальное распределение по глубине напряжений, проницаемости пласта и текущее пластовое давление, были спроектированы оптимальные параметры трещины ГРП и сама технология проведения гидроразрыва (так называемый дизайн ГРП). Типичный пример проектируемой трещины приведен на рис.4.1.11.
Основываясь на информации, полученной в результате комплексного исследования геофизическими и гидродинамическими методами исследования скважин, было принято решение о проведении гидроразрыва каждого пласта (АСю1 и AC-ц2). Были спроектированы оптимальные параметры трещины ГРП, технология проведения гидроразрыва, и 05.04.03 был проведен успешный гидроразрыв пласта АСц2, а 09.04.03 -АСю1.
С учетом того, что по результатам геофизических исследований выявлена значительная неоднородность пласта АСю1 по разрезу, то в таком неоднородном, низкопроницаемом, со множеством тонких глинистых пропластков коллекторе особую важность приобретают промыслово-геофизические исследования. Работающая толщина покажет высоту трещины гидроразрыва в коллекторе, а отсутствие перетоков докажет, что глинистые покрышки до водоносных горизонтов не были прорваны. По этому в соответствии с разработанной методикой комплексного исследования геофизическими и гидродинамическими исследованиями пласта и трещины ГРП 18.04.03 в скважине №хх47 был проведен комплекс ПГИ, направленных на определение профиля и состава притока разрабатываемых пластов. Отметим, что исследование выполнено на нескольких режимах работы скважины, что значительно повышает однозначность его интерпретации. Исходные кривые промыслово-геофизических исследований в интервале пласта АСю1 приведены на рис. 4.1.12.
