УДК 622.276.031.011.433 © Коллектив авторов, 2010
Oб оценке абсолютной, эффективной и фазовой проницаемостей терригенных коллекторов
Р.Ш. Динмухамедов (ОАО «Татнефть»),
К.М. Мусин, к.ф.-м.н., А. Асклу, Д.С. Данилов
(ТатНИПИнефть)
On evaluation of absolute, effective and relative permeability of terrigenous reservoirs
R.Sh. Dinmukhametov (Tatneft OAO), K.M. Musin, A. Asklou, D.S. Danilov (TatNIPIneft)
Correct evaluation of reservoir permeability is critical today. This is attributed to several reasons, including increased number of complex reservoirs and decline of oil and gas production levels. Correct evaluation of oil, gas, and water effective and relative permeability, apart from absolute permeability, which nowadays is most commonly used to study oil and gas reservoirs, will allow to identify reservoirs in the well cross-section, estimate inflow behavior, and predict production rates more effectively.
Ключевые слова: продуктивные отложения, керны, фазовая проницаемость. Адрес для связи: dinmukhamedov@tatnipi.ru
Проницаемость является одним из ключевых параметров, определяющих наличие коллектора. Первая попытка определения этого параметра основывалась на модели порового пространства, известной как модель Козени -Кармана. Последующие исследователи с переменным успехом рассчитывали проницаемость по суммарной и эффективной пористости, остаточной водонасыщенности, сортировке и составу обломочной части и цемента. Комплексное исследование известных моделей проницаемости показало, что при высокой точности измерений пористости и других параметров (гранулометрический состав, распределение пор по размерам или остаточная водонасыщенность) проницаемость песков/песчаников и карбонатных пород может быть определена с удовлетворительной точностью [1]. Если по ряду причин некоторые данные для расчета этих параметров отсутствуют, то применяют альтернативные методы исследований. Эти методы включают использование базы керновых данных или расчет объемной глинистости и минералогического состава по диаграммам гамма-каротажа, спектрального гамма-каротажа или диаграммам химического состава для определения удельной площади поверхности горной породы.
Авторами статьи предлагается простая модель, устанавливающая связь между проницаемостью горной породы по воздуху (в дальнейшем проницаемость) и двумя измеряемыми параметрами горной породы: общей пористостью и водонасыщенностью.
Фильтрационные свойства коллекторов определяются прежде всего структурой порового пространства, которая в свою очередь обусловливает пористость и абсолютную проницаемость. В работе [2] показано, что применение комплексного параметра для дифференциации неоднородных коллекторов - индекса
перколяции, зависящего от пористости и абсолютной проницаемости, определенных по керну, - позволяет выделить группы коллекторов с различающимися петрофизическими характерис -тиками: структурой порового пространства, распределением во-донасыщенности и абсолютной проницаемости. В то же время одними из основных факторов, влияющих на фазовую проницаемость, являются водонасыщенность и геометрия поровых каналов. Таким образом, дифференцированный подход к анализу фазовых проницаемостей вполне оправдан.
Характеристика объектов исследований
В качестве исходных данных использовались результаты лабораторных исследований керна девонских отложений Ро-машкинского месторождения. Образцы были представлены терригенными породами от илистых до среднезернистых, с сортировкой зерен от умеренной до хорошей, формой зерен от полуугловатой до полуокатанной, редко окатанной. Структура порового пространства в основном представлена первичной межзерновой пористостью и регулируется, как правило, размером зерен, хотя наличие кварцевого цемента снижает общий размер пор и диаметр поровых каналов. Таким образом, литолого-фациальные свойства исследуемого керна изменяются в широком диапазоне. Некоторые из образцов представлены на рис. 1.
Исследования большого объема кернового материала показали, что выделяются группы коллекторов, которым соответствует определенный интервал значений индекса перколяции [2]. Так, для пород девонских отложений Ново-Елховского и Ромашкин-ского месторождений определены следующие интервалы индекса перколяции: менее 0,1; 0,1-0,2 и более 0,2 мкм.
Рис. 1. Образцы керна:
а - песчаник нефтенасыщенный с многочисленными обломками глинистых и песчаных алевролитов, прослоями переходящий в конгломерато-брекчии (подошва пласта Д1-б, интервал 1749,1-1750,4 м); б - конгломерато-брекчии перемыва; мелкие обломки глинисто-алевритового состава и обуглившиеся растительные остатки сцементированы песчаником (подошва пласта Д1-б); в - алевролит слабо нефтенасыщенный с ходами и норками червей, заполненными серым глинистым веществом (пласт Д0, интервал 1701,0-1705,6 м)
Методика проведения исследований
Для экспериментов были отобраны три образца керна с различными фильтрационными свойствами. Нефть для эксперимента отбиралась из скважины, сепарировалась и очищалась от твердых частиц и воды. В качестве пластовой воды использовалась модель, приготовленная из очищенной дистиллированной воды с добавлением NaCl до плотности раствора, равной плотности пластовой воды - 1140 кг/м3. Основные параметры исследованных образцов, взятых из скв. 25хх, и условия проведения экспериментов приведены в таблице.
Эксперименты выполнялись на автоматизированной потоковой системе AFS-300 производства фирмы CoreLab (США). Основным преимуществом аппаратуры является наличие в ее составе высокоточных приборов, фиксирующих основные параметры эксперимента и прежде всего электронных дифференциальных манометров, прецизионных насосов и акустического сепаратора. Работы проводились по методике нестационарной фильтрации (Unsteady State Method), включающей следующие этапы:
- 100%-ное насыщение экстрагированного образца керна моделью пластовой воды;
- моделирование остаточной водонасыщенности путем вытеснения воды нефтью;
- вытеснение нефти водой до неснижаемой нефтенасыщен-ности с замером текущих расходов нефти, воды, давления и температуры;
- расчет относительных фазовых проницаемостей для нефти и воды графоаналитическим методом [3, 4].
На рис. 2 приведены зависимости относительных фазовых проницаемостей, полученные по результатам экспериментов и расчетным путем по модели Вилли - Гарднера [5]. Кроме того, в ходе экспериментов определены эффективные проницае -мости для воды (при 100%-ной водонасыщенности), нефти (при водонасыщенности, равной остаточной), коэффициент вытеснения нефти водой (см. таблицу).
Рис. 2. Зависимость относительной фазовой проницаемости от водонасыщенности для образцов А (а), В (б) и С (в):
к пр расч, к нррасч - расчетная относительная проницаемость соответственно для воды и нефти; кврэксп, к нрэксп - экспериментальная фазовая проницаемость соответственно для воды и нефти
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО 04'2010 73
Индекс перколяции, мкм Основные параметры исследованных образцов Условия проведения экспериментов Экспериментальные данные
Номер образца Порис- Проницаемость по Остаточная водонасы-щенность, % Давление, МПа Температура пласта, °С Проницаемость для воды, мкм2 Проницаемость для Коэффициент
тость, % воздуху, мкм2 горное пластовое нефти, 103 мкм2 вытеснения
18-(С) 0,07 10,9 9,2 53,0 40 15 35 1,35 1,3 0,43
8-(В) 0,17 16,7 202,0 14,8 40 15 35 13,5 12,5 0,58
12-(А) 0,25 19,1 664,0 6,0 40 15 35 109,0 100,0 0,71
Анализ результатов исследований
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что экспериментальные проницаемости значительно отличаются от расчетных. Особенно сильное отличие наблюдается для фазовой проницаемости для воды. Указанный характер кривых относительных фазовых проницаемостей обусловлен сложной структурой порового пространства, имеющего неравномерное, не соответствующее «нормальному», распределение размеров фильтрующих каналов [6], а также избирательной смачиваемостью [7].
Из рис. 2 видно, что с ухудшением фильтрационных свойств коллекторов увеличивается различие экспериментальных и расчетных относительных фазовых проницаемостей. Для коллекторов с хорошими фильтрационными свойствами относительная фазовая проницаемость для нефти, полученная экспериментально, выше, чем расчетная. Для коллекторов со средними и низкими фильтрационными свойствами экспериментальные фазовые проницаемости для воды ниже расчетных. Равновесная проницаемость по экспериментальным данным по сравнению с расчетной смещена в сторону более высокой водонасыщенности (см. рис. 2). Данное наблюдение, по нашему мнению, особенно важное, поскольку значение равновесной насыщенности определяет точку перехода к резкому обводнению фильтрационного потока. Из экспериментальных данных также следует, что для высокопроницаемых коллекторов равновесная водонасы-щенность приблизительно на 15 % меньше, чем для низко- и среднепроницаемых, что подтверждается промысловой практикой, когда нефтенасыщенные высокопроницаемые коллекторы быстро обводняются. Экспериментальные фазовые проницаемости для коллекторов с различными фильтрационными свойствами имеют обособленный характер, что указывает на различие в структуре порового пространства, по которому происходит фильтрация флюидов.
Экспериментальные данные отражают реальный механизм фильтрации жидкости в пластовых условиях, в то время как расчетные модели основаны на обобщенных предположениях. Разделение коллекторов на типы с различными фильтрационными свойствами позволяет систематизировать как подбор эффектив-
ных геолого-технических мероприятий и моделирование процесса вытеснения, так и анализ полученных результатов.
Выводы
1. Проведенные исследования позволили выявить особенности фильтрационных процессов в коллекторах с различными фильтрационными свойствами.
2. Негладкий характер кривых экспериментальных фазовых проницаемостей свидетельствует о неоднородности размеров фильтрующих каналов.
3. Экспериментальные равновесные проницаемости значительно смещены по оси водонасыщенности вправо по сравнению с расчетными. В коллекторах высокой проницаемости равновесное значение
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.