Введение к работе
Объектом исследования является нефтеводонасыщенный пласт-коллектор с зоной проникновения фильтрата и глинистой коркой на стенке скважины, совокупность параметров которых исследуется на предмет создания методики оценки проницаемости пласта по толщине глинистой корки с использованием гидродинамического моделирования.
Одним из процессов, сопутствующих образованию зоны
проникновения, является формирование глинистой корки на интервале
коллектора, низкая проницаемость и толщина которой ограничивают
объем фильтрата, проникающего в пласт. Толщина корки может быть
определена с помощью геофизического метода - кавернометрии или
профилеметрии. Теоретическая и методическая база для
количественной интерпретации данных кавернометрии
(профилеметрии) к настоящему времени не была разработана в полной мере. Однако, было проведено большое количество экспериментов по фильтрации буровых растворов, в результате которых установлены экспериментальные и теоретические зависимости между толщиной глинистой корки и объемом фильтрата бурового раствора, поступившего в пласт. На практике данные о глинистой корке не используются для оценки фильтрационно-емкостных свойств коллектора с применением гидродинамического моделирования. В связи с этим, создание новой методики количественной интерпретации геофизических данных о толщине глинистой корки является актуальной задачей для получения дополнительной информации о свойствах пластов-коллекторов путем экспериментальных и теоретических оценок.
Цель исследования
Повышение информативности геофизических методов определения
толщины глинистой корки, повышение достоверности определения
фильтрационно-емкостных свойств пласта на основе
гидродинамического моделирования.
Научная задача
Исследовать связь проницаемости пласта с толщиной глинистой корки и параметрами зоны проникновения на основе математического моделирования гидродинамических процессов в прискважинном пространстве.
Фактический материал и методы исследования
Проведенные исследования базируются на научных результатах российских и зарубежных ученых, работавших в области развития
теории фильтрации жидкости в пористой среде: А. Дарси, Р. Коллинза,
К.С. Басниева, И.Н. Кончина, В.М. Максимова, В.Н. Монахова,
А.А. Кашеварова, В.В. Шелухина, В.И. Пеньковского. Исследования
проведены с использованием результатов инверсии измерений
высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического
зондирования (ВИКИЗ). Развитием интерпретационной базы каротажа
ВИКИЗ занимались Ю.Н. Антонов, С.С. Жмаев, М.И. Эпов,
И.Н. Ельцов, В.Н. Глинских и другие. Были также использованы
результаты исследований петрофизических зависимостей связи
пористости и электросопротивления нефтеводонасыщенного пласта:
В.Н. Дахнова, С.А. Пирсона, Г. Арчи, М.М. Элланского,
Л.М. Дорогиницкой, Д. Херрика.
Теоретической основой решения поставленной задачи являются уравнения теории фильтрации двухфазной жидкости через пористую среду, в частности, уравнения Баклея-Леверетта. Основной метод исследования - математическое моделирование процесса фильтрации жидкости в прискважинном пространстве.
Используются результаты геофизических, петрофизических и геолого-технологических измерений, проведенных компанией "Лукойл-АИК" на интервале нефтенасыщенного пласта БС11-26 Когалымского месторождения, полученных при бурении и исследовании скважин 1216, 1257, 6232, 6243, 6337. Используются также геофизические данные с экспериментальной скважины полигона (Baker Experimental Test Area) компании "Бейкер Хьюз".
Защищаемые научные результаты
Разработана и программно реализована одномерная осесимметричная гидродинамическая модель формирования зоны проникновения за счет внедрения фильтрата бурового раствора в пласт. Течение двух фаз (вода и нефть) описывается суммарной фазовой проницаемостью смеси воды и нефти в системе уравнений Баклея-Леверетта. Учитываются рост и разрушение глинистой корки.
Создана методика определения объема фильтрата бурового раствора, проникшего в пласт, и параметров глинистой корки (пористость и проницаемость) по данным кавернометрии (толщина глинистой корки).
Предложена и опробована на полевых данных методика оценки проницаемости коллектора по толщине глинистой корки с учетом её пористости, проницаемости и параметров бурения.
Личный вклад
Разработан и численно реализован алгоритм для расчета толщины глинистой корки и объема фильтрата бурового раствора, поступившего в пласт, в основу которого заложена система уравнений Баклея-Леверетта фильтрации жидкости через пористую среду. Эта система уравнений с использованием некоторых упрощений была линеаризована и сведена к системе из двух дифференциальных уравнений с двумя неизвестными, для решения которой была составлена итерационная схема.
На основе данных кавернометрии установлена связь между проницаемостью пласта и толщиной глинистой корки. Данные профилеметрии сопоставлены с результатами инверсии электрического микрокаротажа. Установлено, что метод электрического микрокаротажа является более надежным в определении распределения глинистой корки на стенке скважины, чем метод механической профилеметрии.
С использованием разработанного алгоритма проведена интерпретация данных кавернометрии Когалымского месторождения скважин №№ 1216, 1257, 6232, 6243, 6337 в ходе которой определены объем фильтрата, проникшего в пласт, пористость и проницаемость глинистой корки. Проведена верификация полученных результатов интерпретации данных кавернометрии с результатами инверсии данных ВИКИЗ. Сопоставлены профили электросопротивления, полученные в результате гидродинамического моделирования, с геоэлектрическими моделями прискважинной зоны, определенными по данным электромагнитного каротажа (ВИКИЗ).
На основе анализа уравнений математической модели фильтрации и роста корки выведено аналитическое соотношение, связывающее проницаемость пласта с параметрами глинистой корки (толщина, пористость, проницаемость). По комплексу натурных данных (Когалымское месторождение и полигон компании "Бейкер Хьюз") проведены расчеты проницаемости пласта и выполнено сопоставление с результатами петрофизических исследований на керне и геофизических заключений о фильтрационно-емкостных свойствах пласта, полученных по данным ГИС с использованием стандартных методик.
Научная новизна
Впервые данные кавернометрии использованы в схеме
количественной интерпретации для определения объема фильтрата
бурового раствора, проникшего в коллектор, и оценки проницаемости
пласта. При этом процессы формирования глинистой корки и
образования зоны проникновения, влияние параметров скважины и
оттеснение пластовых флюидов рассматриваются как взаимосвязанная система, которая описана гидродинамической моделью.
В ходе расчета объема фильтрата и других гидродинамических характеристик зоны проникновения была изучена связь между результатами интерпретации данных ВИКИЗ и распределениями УЭС, построенными по профилям водонасыщенности и концентрации солей с использованием формулы Дахнова-Арчи. Таким образом, на основе расчетов продемонстрировано влияние процессов, сопутствующих формированию зоны проникновения, на показания электромагнитного каротажа и кавернометрии, что позволяет проводить совместную интерпретацию данных этих методов.
Впервые реализован способ определения проницаемости пласта,
для которого в качестве основных входных данных используются
параметры глинистой корки: пористость, проницаемость, толщина.
Предложенная методика была использована для определения
проницаемости интервалов водонасыщенного пласта
экспериментальной скважины на полигоне компании "Бейкер Хьюз". Полученные значения проницаемости пласта согласуются с результатами анализа керна, взятого из близко расположенной скважины. Предложенная методика была также использована для оценки проницаемости нефтенасыщенного пласта Когалымского месторождения, при этом результаты расчетов согласуются с данными геофизических заключений и анализа керна.
Практическая значимость результатов
Разработанная методика оценки проницаемости пласта будет способствовать повышению информативности геофизических методов определения толщины глинистой корки. Особенностью этой методики является учет гидродинамических процессов, происходящих в скважине и околоскважинном пространстве, которые влияют на результаты геофизических измерений. Примеры верификации гидродинамических расчетов с данными электромагнитного каротажа, представленные в работе, подтверждают этот факт. Разработанные рекомендации позволят точнее определять параметры зоны проникновения и уменьшать область неоднозначности решений, возникающих при инверсии данных электромагнитного каротажа.
Апробация работы
Основные результаты были доложены на XLIV Международной
научной студенческой конференции (11-13 апреля, Новосибирск, 2006),
XLV Международной научной студенческой конференции (10-12
апреля, Новосибирск, 2007), XL VI Международной научной
студенческой конференции (26-30 апреля, Новосибирск, 2008), IV Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2008» (22-24 апреля, Новосибирск, 2008), II Международной геолого-геофизической конференции и выставке «Тюмень - 2009» (2-5 марта, Тюмень, 2009), конференции SPE (Society of Petrolium Engineers) 8th European Formation Damage Conference (27-29 May, Scheveningen, Netherlands, 2009), a также на научных семинарах в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН (2008, 2009), Хьюстонском технологическом центре компании "Бейкер Хьюз" (2006, 2007, 2008).
Полученные научные результаты изложены в 7 публикациях, из них 2 - статьи в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном Перечнем ВАК («Каротажник»), 5 - материалы российских и международных конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из 4 глав, введения и заключения общим объемом 152 страницы, содержит 5 таблиц и 47 рисунков. Список литературы включает 105 наименований.
Благодарности
За советы и поддержку в проведении исследований автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н. И.Н. Ельцову. Автор глубоко признателен д.ф.-м.н. А.А. Кашеварову за оказанное плодотворное влияние на работу, интересные дискуссии и методическую помощь в написании диссертации. Автор благодарен сотрудникам компании "Бейкер Хьюз" Л. А. Табаровскому и М.Н. Гладких за предоставленные геофизические данные и возможность участия в полевых работах. Автор также выражает благодарности компании "Лукойл АПК" за предоставленные геофизические и петрофизические данные по серии скважин Когалымского месторождения.
