Введение к работе
Актуальность работы
Большинство газовых и часть нефтяных месторождений в мире разрабатываются на режиме истощения со снижением пластового давления при низкой активности краевых и подошвенных вод. В результате на границе коллектор - вмещающая порода образуется вертикальный градиент давления, приводящий к отжиманию флюида из вмещающих пород в эксплуатируемый пласт-коллектор и необратимому уплотнению вмещающих глинистых пород.
Длительная разработка месторождений нефти и газа на режиме истощения приводит к нарушению равновесных условий в недрах и вызывает значительные изменения напряженно- деформированного состояния пород. На практике это проявляется в локальном проседании дневной поверхности или морского дна, обрушении морских платформ, искривлении стволов скважин, в смятии и разрывах обсадных колонн, ухудшении качества их цементирования, изменении направления развития трещин ГРП на разных стадиях разработки месторождений и др.
Похожая ситуация возникает и для отдельной скважины при длительной ее эксплуатации на больших депрессиях, когда воронка депрессии распространяется на десятки и сотни метров от стенки скважины. При этом также создаются условия для формирования неоднородно напряженного состояния пород в околоскважинном пространстве.
Исследованию деформационно-механических свойств глинистых пород и грунтов посвящены многочисленные работы в области инженерной геологии, где изучаются преимущественно рыхлые и слабосцементированные отложения за короткие промежутки времени. Опыты в лабораторных условиях ограничены техническими возможностями и проводятся в течение нескольких часов и дней, реже – месяцев, хотя известно, что в естественных условиях реологические процессы в грунтах протекают десятки и сотни лет. Другой областью исследования деформаций глинистых пород является изучение характера их уплотнения в течение длительного геологического времени (миллионы лет) для прогноза и оценки аномальных поровых давлений.
Представленная работа посвящена мало исследованной области деформаций глинистых пород, которые развиваются в течение десятков лет в процессе разработки месторождений нефти и газа. Эффект необратимого уплотнения глин может достигать нескольких абсолютных процентов изменения пористости и охватывать большие по толщине объемы вмещающих пород. Это необходимо учитывать при проектировании разработки месторождений нефти и газа с целью прогноза изменения напряженного- деформированного состояния пород. Для газовых объектов эта задача становится особенно актуальной, т.к. правильно обоснованные темпы снижения пластового давления позволят предотвратить обводнение скважин на поздних стадиях эксплуатации месторождений.
Объектом диссертационного исследования являются глинистые покрышки и перемычки продуктивных пластов нефтяных и газовых месторождений, разрабатываемых на режиме истощения со значительным снижением пластового давления, а также в скважинах, эксплуатирующихся на больших депрессиях в течение длительного времени.
Цель исследований
Целью исследований является разработка методики оценки деформаций глинистых пород, возникающих в процессе длительной разработки месторождений нефти и газа, по данным геофизических методов и прогнозирование деформаций глинистых покрышек на новых месторождениях путем математического моделирования.
Задачи диссертационного исследования
-
Анализ состояния изученности проблемы оценки деформаций глинистых пород лабораторными и геофизическими методами.
-
Разработка методики оценки уплотнения глинистых пород во времени методами промысловой геофизики.
-
Изучение деформаций глинистых покрышек и перемычек по данным ГИС при кратковременных и длительных воздействиях перепада давления, возникающего при снижении давления в продуктивном пласте.
-
Математическое моделирование процесса деформации глинистой покрышки с целью изучении влияния различных параметров на толщину дренируемой части покрышки и уменьшение пористости вмещающих пород во времени.
-
Оценка объема отжимаемой воды из глинистой покрышки и уменьшения толщины глинистой покрышки в процессе разработки залежи.
Методы исследования
Для решения поставленных задач в диссертационной работе использованы следующие методы: обобщение и систематизация литературных источников, посвященных проблеме деформаций глинистых пород; количественная интерпретация результатов ГИС в программном комплексе «Камертон»; математическое моделирование и расчет уплотнения покрышек в программном пакете «Деформации глин».
Научная новизна
-
Разработана методика оценки уплотнения глинистых покрышек и перемычек в процессе разработки месторождений нефти и газа по данным временных замеров ГИС.
-
Предложена математическая модель уплотнения глин на основе изучения реологических моделей глинистых пород.
-
Показано влияние проницаемости глин, начального градиента давления порового флюида и перепада давления на границе коллектор-покрышка на величину уплотнения и толщину дренируемой части глинистой покрышки.
-
Доказан эффект обводнения кровли пласта-коллектора при снижении пластового давления.
Защищаемые положения
-
-
Снижение давления в пласте-коллекторе при разработке месторождений нефти и газа на режиме истощения и эксплуатации отдельных скважин на большой депрессии вызывает уплотнение вмещающих глинистых пород и фильтрацию порового флюида из глин в продуктивный пласт.
-
Эффект уплотнения глинистых пород в процессе разработки месторождений можно оценивать по данным временных замеров методами ГИС.
-
Предложенная математическая модель уплотнения глинистых пород позволяет прогнозировать скорость и величину деформаций глинистых пород, которые необходимо учитывать при проектировании разработки месторождений нефти и газа.
-
Процесс деформации вмещающих глинистых пород протекает непрерывно в течение всего периода разработки месторождения и складывается из мгновенной упругой и длительной упругой (ползучесть) деформаций и мгновенной необратимой деформации.
Практическая значимость
Разработанная методика оценки уплотнения вмещающих глинистых пород по данным ГИС позволяет оценить количество отжатого порового флюида из глин в продуктивный пласт и уменьшение толщины глинистой покрышки за период разработки месторождения.
Учет деформаций глинистых пород обеспечит надежную оценку параметров опорных пластов при интерпретации повторных замеров нейтронных методов и более точное определение текущей газонасыщенности продуктивных пластов.
Моделирование процесса необратимого уплотнения вмещающих глинистых пород позволит выполнять прогноз изменения напряженно-деформированного состояния пород, которое необходимо учитывать при проектировании разработки месторождений нефти и газа. Для газовых объектов эта задача является особенно актуальной, т.к. правильно обоснованные темпы снижения пластового давления позволят предотвратить обводнение скважин на поздних стадиях эксплуатации.
Апробация диссертационного исследования
По материалам диссертации опубликовано более 20 работ, в том числе 5 статей в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: «КазГео 2012», г. Алматы, Казахстан, 2012; «Геоинформатика: теоретические и прикладные аспекты» г. Киев, Украина, 2012 г.; IX Международный Молодежный Нефтегазовый Форум, г. Алматы, Казахстан. 2012 г., «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», г. Москва, 2010/2012 гг.; XIX Губкинские чтения, г. Москва 2011 г.; «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири», г. Тюмень, 2011 г.; международный форум-конкурс молодых ученых «Проблемы недропользования», г. Санкт-Петербург 2011г. и пр.
Результаты работ представлены в отчетах по исследовательским грантам компании British Petroleum за 2011 и 2012 гг.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 126 страницах, включая 66 рисунков и 4 таблицы. Библиографический список включает 88 наименований.
Представленная работа выполнена в период обучения в очной форме аспирантуры на кафедре геофизических информационных систем Российского Государственного Университета нефти и газа имени И. М. Губкина.
Автор глубоко признателен к.г-м.н., доценту Городнову Андрею Васильевичу и к.г-м.н., доценту Черноглазову Валерию Николаевичу, идеи которых легли в основу диссертационной работы. Автор особо благодарен Забродоцкой Ольге Николаевне за участие и поддержку. Автор выражает искреннюю благодарность коллективу кафедры ГИС РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина и всем, кто содействовал выполнению работы.
Похожие диссертации на Оценка деформаций глинистых пород в процессе разработки месторождений нефти и газа по данным ГИС и математического моделирования
-
