На правах рукописи

УДК 622.276.031 ПАПУХИН СЕРГЕЙ ПЕТРОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРУ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА, ФИЛЬТРАЦИОННО-ЕМКОСТНЫЕ СВОЙСТВА НЕФТЕНАСЫЩЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И КИН Специальность 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2008 2

Работа выполнена в ООО Научно-производственное объединение "Нефтегазтехнология", г. Уфа

Научный консультант: - кандидат технических наук Сарваретдинов Рашит Гасымович

Официальные оппоненты: - доктор геологоминералогических наук, профессор Хайрединов Нил Шахиджанович - кандидат технических наук Мукминов Искандер Раисович

Ведущая организация: ООО "РН-УфаНИПИнефть"

Защита диссертации состоится 13 марта 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.222.002.01. при Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР), по адресу: 450055, г. Уфа, пр.

Октября, д.144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР).

Автореферат разослан 8 февраля 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук Худякова Л.П.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Изменения свойств коллектора и пластовых флюидов в результате разработки нефтяных месторождений, в особенности для объектов, находящихся в длительной и поздней стадии разработки, достаточно полно изучены и освещены в научнотехнической литературе. Они вызваны изменением ФЕС пористой среды под воздействием различных термодинамических процессов, связанных с применением химических реагентов в различных технологических схемах, закачкой пресных и сточных вод, с нестационарностью изменения давления в пористых средах. Так наибольшее влияние на характеристику ФЕС могут оказывать нарушение равновесия минерального состава вод, отложение солей в порах, набухание глинистых включений, размыв и перенос цемента и зерен коллектора фильтруемой жидкостью, изменение температуры пласта при закачке холодной воды, разгазирование нефти, химические реакции и др. Исследование и оценка данных негативных явлений представляет значительную актуальность, так как термодинамические процессы, происходящие на единичных месторождениях, индивидуальны и существенно влияют на состояние разработки, хотя они имеют общую закономерность их возникновения в отдельных направлениях техногенного воздействия и для других месторождений, разделенных по признакам их протекания на обратимые и необратимые.

Наибольшее влияние на характеристики ФЕС оказывают изменение температуры и давления в пласте, приводящее к нарушению термодинамического равновесия насыщающих коллекторов флюидами, в результате которого происходит выпадение твердой фазы, асфальтеносмоло-парафиновых отложений (АСПО) из нефти, усиливаются процессы переноса данных частиц, способствуют протеканию сорбции, суффозии. Обобщая все виды техногенных изменений ФЕС, отметим, что они напрямую связаны с изменением коэффициента извлечения нефти (КИН), влиянием на численные значения остаточных запасов нефти и эффективность доразработки нефтяного месторождения.

Цель работы. Исследование влияния техногенного воздействия на структуру порового пространства, фильтрационно-емкостные свойства нефтенасыщенных коллекторов и на коэффициент извлечения нефти.

Основные задачи исследований.

1. Общая характеристика техногенных воздействий на поровое пространство 2. Выбор объекта исследования и оценка состояния информативности базы ГИС, ГДИС, петрофизических характеристик коллекторов по ОАО Самаранефтегаз 3. Классификация изменения фильтрационно-емкостных свойств от техногенного воздействия.

4. Анализ зависимости между пористостью и проницаемостью коллектора для нефтяных месторождений ОАО Самаранефтегаз 5. Обоснование выбора методик построения петрофизической зависимости между пористостью и проницаемостью 6. Разработка математической модели и группирование зависимости Кпр-Кп подвергнутого и не подвергнутого техногенному воздействию коллектора.

7. Исследование влияния техногенного воздействия на поровое пространство, фильтрационно-емкостные характеристики нефтенасыщенного коллектора и КИН.

Методы решения поставленных задач. Решение поставленных задач осуществляется путем теоретических исследований и результатов обработки и обобщения статистической информации по промысловым данным, лабораторных исследований керна, ГИС, ГДИС.

Для обработки статистических данных использовались методы математической статистики. Для исследования нестационарных процессов, вызванных техногенным воздействием на пласт, использовались детерминированные математические модели фильтрации многофазной жидкости.

Научная новизна выполняемой работы.

1. Проведена классификация изменений фильтрационноемкостных свойств коллектора от техногенного воздействия с разделением по признакам их протекания на обратимые и необратимые изменения порового пространства.

2. Предложена методика установления связи между пористостью и проницаемостью с использованием корреляции с прямой наилучшего приближения, усреднения данных перед расчетом уравнения регрессии и ранжирования данных для коллекторов с незначительным изменением характеристик от воздействия техногенных эффектов.

3. Разработана методика расчета зависимости пористостьпроницаемость по параметрам керна с использованием триангуляции Делани и среднестатистического значения площади областей Вороного для автоматизированного удаления выбросов выборки и установлена закономерность связи пористость-проницаемость по величине допускаемой погрешности.

4. Изучено на базе одномерной модели изменение пористости коллектора, состоящего из двух компонент: растворимой (межзерновый цемент) и нерастворимой (зерна породы) от объема и длительности прокачки вытесняющего агента в нагнетательную скважину.

5. На базе двумерной модели исследована динамика изменения пористости при закачке вытесняющего агента с минерализацией и составом, отличающимся от пластовой воды, с учетом процесса выпадения солей, кольматации, суффозии и их влияния на КИН.

Основные защищаемые положения.

1. Классификация изменений фильтрационно-емкостных свойств коллектора от техногенного воздействия с разделением по признакам их протекания на обратимые и не обратимые.

2. Методика расчета зависимости пористость-проницаемость по параметрам керна пласта, условно не подвергшегося или с малым техногенным воздействием.

3. Одномерная и двумерная модели динамики изменения пористости от техногенного воздействия на поровое пространство.

Практическая ценность и реализация работы.

1. Разработаны и реализованы методические положения по расчету зависимости пористость-проницаемость по параметрам керна и ГИС, которые использованы при выполнении проекта разработки Михайловско-Коханского (2006г.), Якушкинского (2007г.), Обошинского месторождений, а также при составлении каталога Разработка каталога и стандарта по интерпретации ГИС с формированием алгоритмов определения параметров продуктивных пластов нефтяных месторождений ОАО Самаранефтегаз, Самара, 2007г.

2. Предложена новая методика расчета изменения ФЕС от техногенного воздействия на пласт, учитывающая процесс выпадения солей, кольматацию, суффозию при закачке вытесняющего агента (вода) с минерализацией и составом, отличающимся от пластовой воды, а также влияние изменения ФЕС на КИН, которая передана в подразделения ОАО Самаранефтегаз для использования в промысловых условиях.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах НПО Нефтегазтехнология (г. Уфа, 2004-2007 гг.), на заседаниях научнотехнического совета института СамараНИПИнефть (г. Самара, 1999 2007 гг.), на научно-технических советах ОАО Самаранефтегаз (г.

Самара, 1999-2007 гг.), в нефтяной компании ЮКОС (г. Москва, 2002-2007 гг.), на заседаниях ГКЗ РФ (г. Москва, 2000-2007 гг.) Публикация результатов и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, одна из которых выполнена самостоятельно. В рассматриваемых исследованиях автору принадлежит постановка задач, их решение, анализ полученных результатов.

Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, глав, основных выводов и рекомендаций, табличных приложений и списка литературы из 108 наименований. Работа изложена на страницах, в том числе содержит 3 таблицы, 54 рисунка.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, к.т.н. Сарваретдинову Р.Г., а также д.т.н. Владимирову И.В., к.ф.-м.н. Ахмадуллину Ф.Г., к.ф.-м.н. Хафизову Р.М. за помощь и полезные советы, высказанные в процессе выполнения диссертационной работы.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность, сформулированы основные задачи и цель исследования, приведены научная новизна, основные защищаемые положения и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена характеристике техногенных воздействий на поровое пространство нефтенасыщенных коллекторов.

Изменение свойств коллектора, прежде всего, пористости и проницаемости в процессе разработки нефтяных залежей и происходящие при этом явления достаточно хорошо освещены в научной и научно-технической литературе, например, в трудах Андреева В.Е., Горбунова А.Т., Губанова Б.Ф., Денк С.О., Дияшева Р.Н., Жданова С.А., Латыпова А.Р., Лубочкова Е.А., Муслимова Р.Х., Патрашева А.Н., Телина А.Г., Тропова В.П., Хавкина А.Я., Хайрединова Н.Ш., Хасанова М.М., Хисамутдинова Н.И., Шехтмана Ю.М. и др.

Однако среди многообразия научных исследований нет трудов, предлагающих систематизированное знание о процессах техногенного воздействия и изменения свойств порового пространства нефтенасыщенных коллекторов.

Отмечено, что изменение фильтрационно-емкостных свойств пористой среды при воздействии различными термодинамическими полями (в частности, в результате заводнения с добавкой различных химических агентов) приводит к практически важным последствиям.

Наиболее ярко проявляемым процессом является снижение (повышение) начального пластового давления в результате работы добывающих и нагнетательных скважин.

К изменению ФЕС могут привести нарушение равновесия минерального состава вод (отложение солей в пористой среде, набухание глинистых включений, размыв и перенос цемента и зерен коллектора и др.), изменение температуры пласта (при закачке холодной воды, разгазировании нефти, химических реакциях, при тепловом воздействии на коллектор).

Исследование и оценка данных фактов особенно важны для разработки неоднородных многопластовых месторождений нефти и газа, находящихся в поздней стадии. Для большинства таких месторождений разработка начиналась с весьма высокими темпами разбуривания и добычи нефти. При этом система поддержания пластового давления (ППД) вводилась через несколько лет, а иногда и десятилетий с момента массового разбуривания месторождения. В результате происходило существенное снижение начального пластового давления. После ввода системы ППД снижение пластового давления в малопроницаемых слоях (пластах) многопластовых объектов продолжалось и далее, поскольку при совместной с высокопроницаемыми пластами закачке воды они под нагнетание не осваивались. При разукрупнении объектов и выделении низкопроницаемых пластов в отдельные объекты удавалось активизировать добычу нефти из них, однако при этом возникали новые проблемы, в частности, при освоении их под закачку и эксплуатации.

Изменение пластового давления приводило к изменению внутрипорового давления и, как результат этого, к изменению эффективного давления на породу. Это в свою очередь изменяло ФЕС коллектора, причем восстановление начального пластового давления не сопровождалось полным восстановлением первоначальных параметров ФЕС. Таким образом, налицо необратимые упругие и неупругие (пластичные) деформации коллектора (рисунок 1).

Техногенное изменение ФЕС Обратимые Необратимые изменения Изменение состава Изменение Изменение Упругая деформация фильтрующихся температуры коллектора в необратимое затекание флюидов результате изменения пор образование и рост давления Необратимые Физикотрещин переупаковка зерен термоупругие химические и среды скольжение части явления химические Упругая деформация массива с образованием процессы коллектора в поверхности обрушения результате изменения Процессы переноса, температуры сорбции, суффозии и другие Рисунок 1 Классификация изменений ФЕС от техногенного воздействия на коллектор.

В связи с этим автором предложено следующее схематическое разбиение процессов, происходящих в пласте в результате техногенного воздействия (рисунок 1). Все процессы разделены на две основные группы: обратимые - это процессы, по истечении действия которых свойства порового пространства полностью восстанавливаются, и необратимые - приводящие к необратимым изменениям порового пространства.

Далее рассматриваются конкретные явления, приводящие к деформации и изменению ФЕС. Все указанные процессы могут происходить как одновременно, так и по отдельности. Так, например, процессы упругой деформации предшествуют неупругим. Изменения температуры и давления приводят к нарушению термодинамического равновесия насыщающих коллектор флюидов и, как результат, к выпадению твердой фазы из нефти, процессам переноса частиц данной фазы, сорбции, суффозии, что в свою очередь изменяет ФЕС коллектора.

Приведены экспериментальные данные и промысловые наблюдения изменения ФЕС коллектора в процессе разработки нефтяных месторождений, в результате чего сделан вывод, что в большей степени техногенное воздействие оказывает влияние на изменение свойств коллектора за счет химических реакций от нарушения термодинамического равновесия, кольматации, суффозии и сорбции.

Во второй главе приведен анализ, исследование и выбор методик построения петрофизической зависимости между пористостью (Кп) и проницаемостью (Кпр). В соответствии с главой 1 для продолжения дальнейших исследований влияния техногенного воздействия на пласт, в частности, на пористость (Кп) и проницаемость (Кпр), оценена информативность исходной базы данных по ОАО Самаранефтегаз.