Введение к работе
Объект исследования - процесс поглощения рентгеновского излучения горными породами и пластовыми флюидами
Предмет исследования - количественное определение величины поглощения рентгеновского излучения при многофазной насыщенности поро-вого пространства горной породы
Актуальность работы. Лабораторные исследования коллек-торских свойств горных пород необходимы для подсчета запасов полезных ископаемых, при составлении проектов разработки месторождений и тд Основные задачи, которые ставят разработчики месторождений перед лабораторными измерениями водо- и нефтенасыщенности - повышение точности измерений, обеспечение измерений при многофазном течении флюидов в слоистых моделях пласта сложной конфигурации, детализация пространственного распределения насыщенности в образцах керна
Сравнительный анализ методов измерения насыщенности образцов горных пород в лабораторных условиях показал, что наиболее полно предъявляемым требованиям удовлетворяет рентгеновский метод Преимуществом рентгеновского метода перед другими является возможность измерить распределение насыщенности в образцах горной породы Метод является бесконтактным флюидонасыщенность определяется по величине поглощения рентгеновского излучения, при этом коэффициенты поглощения излучения веществом не зависят от внешних факторов, таких как пластовое давление и температура К настоящему времени используются несколько методик расчета насыщенности по измеренным значениям поглощения рентгеновского излучения В наиболее распространенной методике насыщенность горной породы определяется по поглощению излучения последовательно насыщенным на 100 % минерализованной водой и нефтью керном (Кузнецов, 1998) На практике насытить образец на 100 % нефтью в ходе фильтрационного эксперимента трудозатратно, поэтому для вычисления водонасыщенности сканируют сухой керн и насыщенный на 100 % минерализованной водой В этом случае водонасыщенность вычисляется с учетом поглощения излучения только минерализованной водой, а поглощением в нефти либо пренебрегают, либо считают его постоянным В интервале значений водонасыщенности, наиболее часто встречающихся на практике - от 20 % до 80 %, относительная погрешность превышает 20 %
Таким образом, к недостаткам существующих модификаций рентгеновского метода относится либо низкая точность определения насыщенности образцов горной породы, либо существенное увеличение трудозатрат на
проведение фильтрационного эксперимента В соответствии с отраслевыми стандартами (ОСТ 39-235-89) относительная погрешность определения водо- и нефтенасыщенности керна при изучении коллекторских свойств не должна превышать 10 % Следовательно, актуальность исследования определяется необходимостью повышения точности и достоверности количественного определения водо- и нефтенасыщенности горных пород с учетом поглощения излучения всеми насыщающими породу фазами Для этого необходимы новые способы вычисления водо- и нефтенасыщенности, а также их теоретическое обоснование и экспериментальная проверка
Цель исследования - повышение точности определения водо- и нефтенасыщенности рентгеновским методом путем разработки способов, учитывающих поглощение излучения всеми фазами, насыщающими горную породу
Задача исследования: количественно определить водо- и нефтенасы-щенность образцов горных пород с учетом поглощения рентгеновского излучения всеми насыщающими породу фазами
Этапы исследования:
-
Оценка применимости экспоненциального закона Ламберта с постоянными массовыми коэффициентами поглощения воды и нефти при измерении насыщенности горной породы с использованием полихроматического рентгеновского излучения
-
Разработка способов количественного определения водо- и нефтенасыщенности горной породы при фильтрации воды/нефти и нефти/газа, в основе которого лежит расчет коэффициентов поглощения излучения керосином, нефтью и минерализованной водой
-
Разработка способов количественного определения водо- и нефтенасыщенности горной породы при фильтрации воды/нефти и нефти/газа, основанных на использовании значений начальной и конечной флюидонасы-щенности
-
Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка способа количественного определения насыщенности при трехфазной водо- нефте-и газонасыщенности горной породы
-
Применение способов определения водо- и нефтенасыщенности для построения томографических сечений образцов горных пород и пространственного распределения пористости
Фактический материал, методы исследования и аппаратура Теоретическая основа решения задач - уравнения взаимодействия фотонов и электронов с веществом Для вычисления водо- и нефтенасыщенности используется зависимость поглощения рентгеновского излучения от толщины поглотителя (закон Бэра-Ламберта) Линейная аппроксимация зависимостей
водонасыщенности v
'"XI
и нефтенасыщенности ex
'-у:
In '/і
от экспериментально определяемого параметра S„XR выполнялась методом наименьших квадратов Мера статистической зависимости между измерениями водонасыщенности разными способами оценивалась по коэффициенту парной корреляции Пирсона При восстановлении томографического изображения использовался модифицированный алгоритм ГОК (томография в коническом пучке) Для проверки способов определения водонасыщенности и нефтенасыщенности в пористой среде проводились лабораторные исследования образцов керна Тепловского, Кудринского, Северного, Онтонигайского, Снежного, Майского, Угутского, Урманского, Восточно-Сургутского, Аленкинского, Двуреченского, Волковского, Проточного, Се-веро-Лугинецкого, Ясного, Западно-Останинского, Болтного, Трайгород-ского, Игольско-Талового, Ярактинского, Западно-Лугинецкого, Ай-Кагальского, Малобалыкского, Южно-Охтеурского, Западно-Катыльгинского месторождений, а также двух искусственных образцов из спеченной стеклянной крошки Один из основных методов исследования -экспериментальное моделирование пластовых условий (давление, температура) в лаборатории при фильтрации флюидов через образцы При одновременном измерении водонасыщенности в пластовых условиях предложенным рентгеновским способом и методом сопротивления проведен сравнительный анализ двух методов Результаты измерения водонасыщенности для 30 образцов горных пород, полученные двумя способами, различались не более чем на 5 % Методика измерения коэффициентов относительной фазовой проницаемости при совместной фильтрации воды и нефти в пластовых условиях, включающая алгоритм количественного определения водонасыщенности, применяется на двух рентгеновских фильтрационных установках RPXS-841-Z1 и ПИК-2003/АЭИ в лаборатории физики пласта ОАО «ТомскНИПИнефть ВНК» Около 40 зависимостей относительных фазовых проницаемостей от водонасыщенности для различных месторождений, полученных с использованием предложенного способа, вошли в отчеты для Центральной комиссии по разработке месторождений
Защищаемые научные результаты:
1 Методика количественного определения водо- и нефтенасыщенности образцов горной породы с учетом поглощения рентгеновского излучения всеми насыщающими породу фазами
-
Методика количественного определения водо- и нефтенасыщенности, основанная на использовании значений поглощения рентгеновского излучения горной породой с начальной и конечной флюдонасыщенностью
-
Способ восстановления томографического изображения с использованием серии рентгеновских снимков сухого, насыщенного на 100 % минерализованной водой керна и отношения коэффициентов ослабления излучения нефтью и минерализованной водой
Новизна работы. Личный вклад
-
На основании анализа экспериментальных данных, полученных при просвечивании полихроматическим рентгеновским излучением наборов медных пластин, установлена применимость с погрешностью около 1 % закона Бэра-Ламберта для расчета водо- и нефтенасыщенности образцов горных пород
-
Исходя из экспериментальных данных и закона Бэра-Ламберта, получены выражения для количественного определения водо- и нефтенасыщенности при фильтрации воды/нефти и нефти/газа через образцы, основанные на измерении отношения коэффициентов поглощения нефти/минерализованной воды а (поглотитель Nal,150r/n) и керосина/нефти р (с добавлением C8Hi71,100 мл/л)
1-а
S .=
In
s„=d-P)
In
J_ 1-(3
0-sBH)'
где Iq„ 4«* I - интенсивности рентгеновского излучения, зарегистрированные детектором при сканировании сухого, насыщенного на 100% минерализованной водой и образца с промежуточной водонасыщенностью, а также в случае, когда в образце создана начальная водонасыщенность, а оставшаяся часть пор заполнена керосином - 1К или йодированной С8Н|71 нефтью - /„
3 С использованием зависимости Бэра-Ламберта и результата анализа экспериментальных данных получено выражение для количественного определения нефтенасыщенности (водонасыщенности) керна при трехфазном насыщении образцов горной породы водой, нефтью и газом, основанное на измерении отношения коэффициентов поглощения нефти/минерализованной воды
>
4 На основании анализа экспериментальных данных разработан способ количественного определения насыщенности керна с использованием значений начальной и конечной водонасыщенности С учетом закона Бэра-Ламберта, получено выражение для расчета текущего значения водонасыщенности (
S„JnI -Slnl
S .=
ІПІ + -
1п т/
In yi
/ *вн J
где /вн и /вк - значения интенсивности рентгеновского излучения при сканировании образца с начальной Sm и конечной 5ВК водонасыщенностями
-
Используя полученное выражение для расчета водонасыщенности, получены проекции ее пространственного распределения по образцу при разнонаправленной фильтрации минерализованной воды Сравнительный анализ показал, что проекции различаются между собой Это позволяет предположить, что изменение абсолютной разности давлений на образце при смене направления фильтрации связано с объемным перераспределением минерализованной воды
-
С использованием модифицированного алгоритма FDK, а также выражения для расчета водонасыщенности реконструировано распределение водонасыщенности по сечению образца (2D томограмма)
Практическая значимость результатов
Разработанные методики количественного определения водо- и нефтенасыщенности при фильтрации воды, нефти и газа через горную породу при пластовых условиях применяются на двух установках в ОАО «Томск-НИПИнефть ВНК» Они повышают точность и достоверность определения насыщенности порового пространства С использованием способа определения водонасыщенности проведены измерения зависимости коэффициентов относительных фазовых проницаемостей воды и нефти от водонасыщенности образцов для различных месторождений С использованием способа определения нефтенасыщенности проведены измерения зависимости коэффициентов относительных фазовых проницаемостей нефти и газа от нефтенасыщенности образцов для Ярактинского, Средне-Ботуобинского, Крапивинского, Лугинецкого, Западно-Останинского месторождений Разработанные методики использовались при измерении коэффициентов вытеснения нефти из образцов горных пород водогазовой смесью для Крапивинского, Западно-Останинского и Лугинецкого месторождений
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР ОАО «ТомскНИПИнефть» ВНК на 2004 г «Разработка и освоение экспериментальных методов экспресс-анализов кернов»
Полученные результаты использовались в ОАО «ТомскНИПИнефть ВНК» для построения моделей при проектировании разработки нефтяных и газовых месторождений Результаты могут быть использованы для определения коэффициента охвата в объеме образца горной породы при вытеснении нефти водой, газом либо водогазовой смесью, оценке режимов фильтрации при заводнении пласта, либо при водогазовом воздействии
Публикации по теме диссертации
Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции «5-th International Conference on Multiphase How» (Yokohama, Japan, 2004), на международном конгрессе «4-th World Congress on Industrial Process Tomography» (Aizu, Japan, 2005), на Научно-практической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности» (Ко-галым, 2006), на Научно-практических конференциях «Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевого комплекса и производственных сил Томской области» (Томск, 2004, 2007), а также на Научно-практической конференции ОАО «НК «Роснефть» «Геологическое моделирование на базе комплексного исследования керна - основа проектирования эффективной разработки месторождений нефти и газа» (Томск, 2007)
По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией, - 2 статьи ("Нефтяное хозяйство", "Particle&Particle System Characterization"), 1 патент №2315978 "Способ определения водонасыщенности керна", материалов российских и международных конференций, симпозиумов -7
Структура и объем работы
