Геологические палеореконструкции и вопросы освоения нефтяных месторождений на основе компьютерного моделирования : На примере месторождений Западной Сибири Кушмар, Ирина Анатольевна

Введение к работе

Актуальность тематики. В связи с резко возросшей стоимостью геологоразведочных работ на нефть и газ в настоящее время при составлении проектов разведки, разработки, а также при анализе процесса эксплуатации нефтяных и газовых месторождений широко применяют математическое моделирование с использованием ЭВМ для описания геологических процессов. 'Использование ЭВМ при моделировании процессов позволяет просчитывать в автоматическом режиме большое количество вариантов и выбирать из них наиболее правдоподобные, что при ручной обработке было бы почти невозможно.

Созданные на основе физических законов и с применением математических методов геологические модели успешно используются отдельными нефтяными компаниями на различных стадиях поиска, разведки и разработки месторождений нефти и газа. Ряд геологических задач (таких как палеореконструкция динамики развития осадочного чехла и перемещения в нем поровых флюидов, выявления природы тех или иных аномалий, определения фильтрационных параметров коллекторов и покрышек, возможные средства их улучшения и другие вопросы освоения нефтяных месторождений) решаются ими на базе модельных построений. Но спектр разработанных моделей далеко не покрывает весь круг существующих проблем, а диапазон применимости часто ограничен принятыми в них постулатами и потому узок и редко поддается обобщению и развитию. В связи с этим представляется актуальным дальнейшее совершенствование и развитие моделирования в геологии с выходом на конкретные геологические объекты.

Цель и задачи работы: Основной целью диссертационной работы является количественная оценка ряда геологических и техногенных процессов (уплотнение пород, консоліздационная фильтрация, формирование гидрохимических аномалий и тепловых полей ) путем расширения имеющегося спектра моделей и применения компьютерного моделирования при проведении геологических палеореконструкций и решении вопросов освоения месторождений.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Анализ существующих и применяемых на практике методов моделирования процессов консолидационной фильтрации при естественном уплотнении пород и способов воздействия на продуктивные пласты при освоении нефтяных месторождений .

2. Разработка математических моделей процессов консолидационной фильтрации с учетом фазовых превращений в системе минерального скелета пород, прогрева пласта тепловыми источниками и термоупругой фильтрации с учетом выделения газа и пара.

3. Компьютерное моделирование на основе созданных теоретических разработок с применением IBM PC/AT.

4. Создание программного обеспечения (ПО) к уже существующим моделям проведения геологических палеореконструкций и гидравлического разрыва пласта.

5. Апробация предложенных моделей, методик, ПО на реальных геологических объектах Западно - Сибирской нефтегазоносной провинции.

Методы и научная новизна исследования. Несмотря на очевидные преимущества использования ЭВМ при освоении нефтяных и газовых месторождений, количество геологических моделей, успешно прошедших апробацию на реальных геологических объектах и применяющихся отдельными нефтяными компаниями на различных стадиях разведки и разработки месторождений, довольно мало, а спектр их применения довольно узок. Последнее связано с тем, что, с одной стороны, ряд дополнительных феноменологических гипотез, используемый при моделировании геологических процессов накладывает сильные ограничения на область применения модели. С другой стороны, стремление чрезмерно "математизировать " модель ведет лишь к видимости обоснованности при значительном увеличении числа расчетных параметров, часть из которых в реальных геологических условиях задается с большой погрешностью и, таким образом, затраченные усилия не оправдываются.

Создавшаяся проблема, на наш взгляд, может быть решена путем оптимизации постановки задач, когда дополнительные гипотезы сведены к минимуму, а оценочные расчеты могут быть произведены по достаточно простым формулам.

В диссертационной работе при решении поставленных задач исследуемые процессы рассматривались в нетрадиционной постановке, что позволило прийти к интересным результатам с привлечением достаточно простого математического аппарата и традиционно применяемых численных методов. В работе впервые:

для процесса консолидационной фильтрации учитывается возможность фазовых превращений вещества, содержащегося в скелете пород (дегидратация глин, преобразование органического вещества и др);

решена задача о распределении по разрезу пресной воды, выделяющейся в процессе преобразования глинистых минералов при уплотнении пород мезозойского возраста для Широтного Приобья (Ханты -Мансийской впадины) с использованием компьютерного моделирования;

- проведены геологические палеореконструкций для осадочного чехла севера Западно - Сибирской плиты с помощью компьютерного моделирования на основе модели консолидационной фильтрации;

- обосновывается использование радиоактивных источников, в том
числе отходов ядерной промышленности, для прогрева пластов, содер
жащих тяжелую нефть, с проведением оценки эффективности такого про
грева;

предложен метод оценки дополнительной нефтеотдачи за счет явления термоупругой фильтрации нефти в плохопроницаемых пластах с учетом вытесняющего эффекта выделяющегося из нефти газа и пара из воды в процессе прогрева пластов;

проведено компьютерное моделирование процесса гидроразрыва пласта на основе фильтрационной модели ;

Основные защищаемые положения.

1. Реконструкция палеотектонического развития структур 1 -ого порядка мезозойско - кайнозойской слоистой терригенной толщи северной части Западно - Сибирской плиты на базе компьютерного моделирования процесса естественного уплотнения горных пород.

2. Оценка ареала влияния на пластовые воды пресной воды, выделившейся в процессе дегидратации глин при уплотнении слоистой осадочной толщи для Широтного Приобья.

3. Компьютерное моделирование процесса гидравлического разрыва пласта на основе задачи Стефана с целью выявления эффективности его применения в различных геологических условиях.

4. Применение и эффективность использования радиоактивного материала, в том числе отходов ядерной промышленности, в качестве нового источника тепла при термическом методе воздействия на пласт.

5. Оценка дополнительных ресурсов тяжелых нефтей Русского месторождения с учетом термоупругости нефти и выделения растворенного в ней газа.

Практическое значение работы.

Разработанные модели, методики, ПО и проведенные с помощью них расчеты могут быть использованы при решении задач:

геологоразведки ( анализ тектонического развития структур 1 -ого и 2-ого порядка; определение масштабов аномалий в минерализации вод глубоких горизонтов и др.);

освоения нефтяных месторождений (разработка способов повышения нефтеотдачи слабопроницаемых пластов; разработка способов повышения нефтеотдачи пластов, содержащих тяжелую и высоковязкую нефть).

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на 1 Международной конференции " Геохимическое моделирование и материнские породы нефтегазоносных бассейнов ( С- Петербург, ВНИГРИ, 1995г); на I Международной конференции " Компьютерная графика, базы данных и компьютерное моделирование в нефтяной геологии " (С- Петербург, ВНИГРИ, 1995г); на 1 Международной конференции (С. - Петербург, ВНИГРИ, апрель, 1996г); на секциях Ученого Совета ВНИГРИ. Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 4 печатных работах, 4 отчетах ВНИГРИ и научных разработках. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоот из Введения, 2 глав, Заключения и списка литературы, содержитіїй страниц маши-

г- ⁶

нописного текста, /^рисунков, rz. таблиц, в списке тпературы/S наименований.

В первой главе рассмотрены вопросы, связанные с процессами естественного уплотнения горных пород и консолидационной фильтрации; во второй главе исследуются вопросы освоения нефтяных месторождений (гидравлический разрыв пласта, прогрев тепловыми источниками прис-кважинной зоны, прогрев малопроницаемых зон за счет закачки теплоносителя в окружающие их хорошо проницаемые области).

Фактический материал, используемый в диссертационной работе, брался из отчетов ВНИГРИ и литературных источников. Работа выполнена в процессе обучения в очной аспирантуре при Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени нефтяном научно-исследовательском геологоразведочном институте (ВНИГРИ) в Отделе нетрадиционных ресурсов УВ-сырья. Непосредственное научное руководство осуществляли гл. н. сотрудник, доктор физико-математических наук Волков И А. и вед. н. сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук Н.М. Кругликов. Автор выражает им свою искреннюю признательность за руководство, научные советы, а также деятельную помощь в ходе совместных исследований и в процессе написания данной работы. Автор благодарен за ценные советы и помощь академику РАЕН М. Д. Белонину, докторам геолого - минералогических наук В. П. Якуцени, Грибкову В. В., Лебедеву Б А., кандидату геолого - минералогических наук А.К. Дертеву.