Геофізичне моделювання з метою контролю вилучення вуглеводнів у процесі розробки продуктивних порід-колекторів складної будови (на прикладі родовищ ДДЗ)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

04.00.22 - Геофізика

ГЕОФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ З МЕТОЮ КОНТРОЛЮ ВИЛУЧЕННЯ ВУГЛЕВОДНІВ У ПРОЦЕСІ РОЗРОБКИ ПРОДУКТИВНИХ ПОРІД-КОЛЕКТОРІВ СКЛАДНОЇ БУДОВИ

(на прикладі родовищ ДДЗ)

СТАРОСТІН АНДРІЙ ВІКТОРОВИЧ

Івано-Франківськ - 2009

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Головним завданням економічного розвитку України є забезпечення збільшення видобутку вуглеводнів та підвищення ефективності зберігання природного газу в ПСГ. Пріоритетним напрямком розв'язання цього завдання є використання геофізичних методів з метою контролю вилучення вуглеводнів і оптимізації процесу їх розробки.

Продуктивні відклади багатьох газових і газоконденсатних родовищ України представлені породами складної будови, що характеризуються значною диференціацією колекторських і фізичних властивостей. Петрофізичні моделі таких порід відносяться до багатопараметричних, що, відповідно, знижує достовірність визначення петрофізичних параметрів за результатами геофізичних досліджень свердловин (ГДС). Проблема підвищення ефективності контролю вилучення вуглеводнів із порід-колекторів складної будови пов'язана з удосконаленням системи інтерпретації геофізичної інформації. Незважаючи на різноманітність методик інтерпретації ГДС, наведена вище проблема є актуальною особливо для продуктивних покладів складної будови.

Використання сучасних геофізичних комплексів досліджень і впровадження комп'ютерної обробки геофізичних даних розширює можливості застосування просторових моделей розподілу геологічних та геофізичних параметрів для визначення поточних значень насиченості і фільтраційних властивостей порід-колекторів складної будови, що, в свою чергу, підвищує достовірність геофізичного контролю розробки родовищ вуглеводнів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науковий напрямок дисертаційної роботи безпосередньо пов`язаний з виробничими планами ДП “Полтавське управління геофізичних робіт” з контролю розробки газонафтових родовищ та експлуатації газосховищ, а також спільними науково-дослідними роботами кафедри геофізичних досліджень свердловин ІФНТУНГ і ДП “Науканафтогаз” (НДР за темою: “Методичне забезпечення промислово-геофізичних досліджень складно-побудованих колекторів” (державний реєстраційний № 0104U009219)) та НАК “Нафтогаз України” (НДР за темою: “Удосконалення методики визначення характеру насичення порід-колекторів за даними нейтронних і електричних методів” (державний реєстраційний № 0108U010040)).

Мета і завдання дослідження. Головною метою дослідження є науково обґрунтоване моделювання фільтраційних і нейтронних властивостей порід-колекторів складної будови, визначення фільтраційних властивостей і поточного коефіцієнта насичення продуктивних пластів з метою контролю вилучення вуглеводнів у процесі розробки родовищ.

Для досягнення поставленої мети у роботі необхідно вирішити наступні завдання:

провести аналіз методик визначення коефіцієнта проникності порід-колекторів за інформацією геофізичних досліджень свердловин;

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ПРОБЛЕМИ ЗАСТОСУВАННЯ ГЕОФІЗИЧНИХ МЕТОДІВ ПРИ КОНТРОЛІ ЗА РОЗРОБКОЮ НАФТОГАЗОВИХ РОДОВИЩ ДДЗ ЗІ СКЛАДНОЮ БУДОВОЮ ПОРІД-КОЛЕКТОРІВ

Нафтогазові родовища Дніпровсько-Донецької западини характеризуються різними стадіями розробки і є немала кількість родовищ, продуктивні відклади яких значною мірою обводнені. Розвиток нафтогазової промисловості України зумовлює необхідність підвищення ефективності використання геофізичних методів для контролю за вилученням запасів нафти або газу з продуктивних порід-колекторів. Контроль за вилученням запасів вуглеводнів з порід-колекторів складної будови забезпечує оптимальне регулювання розробки.

Для розширення можливостей контролю за вилученням запасів вуглеводнів важливим питанням є прогнозування цього процесу. Прогноз вилучення запасів нафти або газу потребує встановлення продуктивних інтервалів, на яких можливе випереджувальне обводнення, а також визначення прошарків, не задіяних у роботі покладу. Прогноз проводиться за результатами інтерпретації геофізичних методів із визначення поточних значень коефіцієнта насичення та фільтраційних властивостей продуктивних відкладів.

Геологічні характеристики продуктивних комплексів газових родовищ ДДЗ (Пролетарського, Розпашнівського, Тимофіївського та іншіх) у більшості випадків мають складну структуру порового простору і полімінеральний склад скелета породи. Колектори зі складною будовою характеризуються невизначеністю зв'язків між геологічними і фізичними параметрами. Геологічні параметри не завжди однозначно відображаються у фізичному полі. Така ситуація призводить до ускладнень використання геофізичних методів для контролю за вилученням вуглеводнів.

Головним напрямком вирішення проблеми ефективного використання геофізичних методів для контролю за вилученням запасів вуглеводнів з покладів, представлених породами складної будови, є моделювання зв'язку геологічних і фізичних параметрів, а також моделювання розподілу фільтраційних властивостей у геологічному просторі продуктивної товщі. Важливим моментом процесу моделювання є необхідність урахування петрофізичних властивостей порід-колекторів складної будови.

На сьогодні відома значна кількість модифікацій фільтраційних моделей, що використовуються для визначення коефіцієнта проникності. Вони розроблені вченими Морозовим Г.С., Султановим С.А., Добриніним В.М., Дахновим В.Ю., Елланським М.М., Раймер Л.Л., Вендельштейном Б.Ю., Лизуном С.О. Вижвою С.А., Безродною І.М., Карпенком О.М. та іншими. Особливістю таких моделей є використання емпіричних залежностей між фільтраційними і петрофізичними параметрами порід продуктивних комплексів. Для адаптації емпіричних залежностей до геолого-фізичних умов родовища необхідно розрахувати коефіцієнти залежностей, що визначаються на колекціях зразків керна для конкретної геологічної структури.

Використання таких моделей для визначення фільтраційних властивостей порід-колекторів складної будови ускладнюється через неможливість урахування неоднорідності параметрів структури порового простору. Елланським М.М. (2002 р.) запропоновано модель на основі рівняння Козені-Кармана, яка може враховувати неоднорідність структури порового простору. Але такі параметри, як сумарний перетин капілярів, звивистість каналів, радіус порових каналів у виробничих умовах для кожної свердловини визначати неможливо, через необхідність відбору керна на усіх свердловинах і його лабораторного дослідження.

Головною особливістю методики визначення коефіцієнта проникності за геофізичною інформацією повинна бути модель, у якій надається перевага проведенню ідентифікації порід за характеристиками порового простору, а не визначенню параметрів структури порового простору.

Визначення поточного коефіцієнта насичення у експлуатаційних свердловинах, є головним параметром контролю за динамікою вилучення вуглеводнів з продуктивних пластів. Науково-дослідними організаціями розроблено різні модифікації методик визначення поточної насиченості колекторів методами імпульсного нейтронного каротажу (ІНК). Значний вклад у розвиток теоретичної і експериментальної бази методу ІНК внесли вчені Кантор С.А., Шимелєвіч Ю.С., Школьніков А.С., Поляченко А.Л., Кожевніков Д.А., Путкарадзе Л.А., Головацкая І.В., Козачок І.О., Кулінковіч А.Е., Резванов Р.А. та інші.

Ефективне використання методики імпульсного нейтронного каротажу для контролю за вилученням вуглеводнів обмежується різними граничними умовами - як методико-технологічними параметрами проведення вимірювань у свердловині, так і алгоритмічним забезпеченням інтерпретації результатів.

Дослідження вчених Кожевнікова Д.А., Шимелєвіча Ю.С., Басіна Я.Н., Резванова Р.А. та інших вказують на вплив мінерального складу скелета на величину декремента затухання теплових нейтронів породи. Визначення впливу мінеральної мінливості скелета породи на величину часу життя теплових нейтронів у флюїдонасичених покладах представляє дуже складну задачу, для розв'язання якої запропоновано декілька способів урахування мінерального складу скелета породи, це серед яких: технологія нагнітання у свердловину двох водних розчинів із різними нейтронними властивостями за рахунок зміни концентрації хлору (CaCl₂); методика кількісної оцінки насиченості на основі використання реперних пластів із відомими максимальними і мінімальним значеннями коефіцієнта насичення. Якісну оцінку характеру насичення пропонується проводити різночасовими вимірюваннями з наступним зіставленням двох діаграм ІНК, які дають можливість не враховувати мінливості мінерального скелета породи.

Основною умовою ефективного використання таких методик є однорідність нейтронних властивостей скелета породи у межах одного родовища, а також водонасиченої і нафтонасиченої частин продуктивного пласта. Вивчення неоднорідних порід з полімінеральним складом скелета приводить до збільшення похибки визначення поточного коефіцієнта насичення.

Дослідження нейтронних характеристик порід складної будови і вдосконалення методико-технологічних підходів до інтерпретації ІНК не втратило актуальності розв'язання цієї проблеми. Одним з основних напрямків удосконалення є просторове моделювання нейтронних властивостей скелета породи для продуктивних відкладів родовища з урахуванням мінливості мінералогічних і петрофізичних властивостей та проведення реперного контролю результатів досліджень нейтронними методами.

ВИЗНАЧЕННЯ КІЛЬКІСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФІЛЬТРАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОРІД-КОЛЕКТОРІВ СКЛАДНОЇ БУДОВИ ЗА ДАНИМИ ГДС

Ефективність розробки нафтогазових родовищ пов'язана з необхідністю створення просторових геолого-фільтраційних моделей за результатами геофізичних досліджень. Створення таких моделей тільки за результатами досліджень керна, обмежує деталізацію побудови геолого-фільтраційної моделі.

Дослідженню фільтраційних властивостей колекторів присвячено низьку наукових праць Шейдеггера А.Е. 1960р., Енгельгардта В. 1964р., Коллінз Р. 1964р., Ханіна А.А. 1969р., Храмова В.Г. 1971р., Іванова В.А. 1974р., Баренблатт Г.І. 1984р., Антонишин Г.І. 1986р., Элланського М.М. 1983р., Лизуна С.О. 1992, Безродна І.М. 2007р. та інші. Велика кількість структурних параметрів і складність їх визначення за допомогою лабораторних і свердловинних досліджень створила умови, за яких для стохастичного моделювання зв'язків фільтраційних і геофізичних параметрів використовують, в основному, інтегральні параметри характеристики порового простору: відкрита, загальна та ефективна пористість (залишкова водонасиченість).

Нами проведено порівняльний аналіз визначення коефіцієнта проникності на моделях, запропонованих фірмою Шлюмберже, Віллі і Роузом, Дахновим В.Н., які характеризуються використанням інтегральних параметрів. Розрахунки проведені на колекції зразків теригенних порід. Встановлено, що розраховані значення коефіцієнта проникності на вибраних петрофізичних моделях характеризуються високою відносною похибкою. Слід зазначити, що коефіцієнти рівнянь моделі оптимально адаптовані до параметрів колекції зразків.

Результати наших досліджень вказують на те, що високу відносну похибку визначення коефіцієнта проникності зумовлює використання інтегральних характеристик будови порового простору і не врахування параметрів структури пор під час встановлення емпіричних залежностей.

За визначеннями Ханіна А.А., Енгельгардта В., Ромма Е.С. та інших, структура порового простору колектора характеризується пористістю, питомою поверхнею і геометрією пор. Слід зазначити, що параметри пористості і питомої поверхні мають чітку фізичну визначеність і їх кількісні характеристики можна визначати експериментально, а визначення геометрії пор ускладнено. За результатами досліджень цього параметра Дж. Томіром доведено, що зв'язок залишкової водонасиченості у порах від тиску вилучення рідини з капілярів можна апроксимувати гіперболічної функцією, коефіцієнт рівняння (ч) якої є універсальною характеристикою геометрії порового простору, що описує сукупність властивостей мікробудови пор. Встановлено, що за фіксованого значення коефіцієнта ч зв'язок проникності і пористості характеризуються високим коефіцієнтом кореляції. Ці висновки використано у наших дослідженнях і доведено, що встановлення подібного коефіцієнта можливо за геофізичними параметрами.

З метою досліджень особливостей будови порового простору проведено аналіз результатів ртутної порометрії, виконаних на зразках пісковиків і гравілітів візейських відкладів Яблунівського родовища. Встановлено, що параметри структури порово простору (розмір пор та їх форма, шляхи з'єднання між порами, властивості порових стінок, кількість великих і малих пор, їх співвідношення та інші) є домінуючими чинниками, що впливають на диференціацію фільтраційних властивостей порід-колекторів складної будови за умови однакового об'єму пор.

На розподіл фізичних властивостей порід колекторів значний вплив має насиченість пор флюїдом. Залежність коефіцієнта водонасиченості К_в від тиску вилучення флюїду відображає структуру порового простору та особливості геометрії пор. Цю залежність можна дослідити за розподілом зміни електропровідності породи-колектора із вилученням пластової води методом центрифугування водонасичених зразків.

Нами вперше запропоновано вивчати динаміку зміни електропровідності на різних етапах вилучення води з колектора для характеристики будови порового простору породи. Для вивчення зв'язку структури порового простору з динамічними параметрами процесу вилучення води проведено дослідження фільтраційно-ємнісних властивостей і швидкістю вилучення фільтрату з пор за значенням градієнта (G) функції Р_н = f(К_в), для двох різних діапазонів з початку вилучення флюїду до 35% і у діапазоні від 55% до 97%. Для обмеження впливу інших чинників для проведення аналізу колекція зразків поділена на групи, кожна з яких характеризується однаковими значеннями коефіцієнта пористості і довільними іншими параметрами.

За результатами аналізу градієнта зміни водонасиченості і параметра насичення (Р_н) встановлено, що коефіцієнти рівняння зв'язку параметра насичення і залишкової водонасиченості (Р_н = f(К_в)) вказують на різну швидкість витіснення води з порового простору і на відмінності характеристики початку витіснення флюїду, тобто на різний характер розподілу співвідношень діаметрів порових каналів і геометрії порового простору. Окрім того встановлено чітку залежність коефіцієнтів рівняння Р_н = f(К_в) з значеннями коефіцієнта проникності породи за умови рівності об'єму порового простору.

Аналіз зв'язку капілярного тиску з характером насичення вказує на те, що починаючи з певної величини тиску (початковий стан) залежність відображає характеристики капілярних властивостей порового середовища більше ніж залишкову водонасиченість, що пов'язано з фільтраційними властивостями. У межах великих значень тиску вплив структури порового простору на залишкову водонасиченість збільшується. Встановлено, що вивчення динаміки зміни К_в під час вилучення флюїду забезпечує додаткову інформацію з структури порового простору колектора. Характеристики зв'язку дають можливість розмежовувати породи на групи з різними властивостями порового простору.

Аналіз характеристики зв'язків фізичних параметрів зі фільтраційно-ємнісними властивостями порід дав змогу вибрати комплексний геофізичний параметр. За основу вибрано електропровідність, а точніше частку електричного опору, що відповідає одиниці об'єму порового простору (за швидкістю пружної хвилі), тобто використано параметр, що визначається відношенням В=Р_п/ДТ, де Р_п - параметр пористості; ДТ - інтервальний час проходження пружної хвилі. Застосування такого параметра дає змогу виділити залежність опору породи від особливостей шляху руху іонів у поровому просторі. Шлях руху іонів зумовлено об'ємом і структурою порового простора (звивистість, діаметр зерен, адсорбційні властивості і таке інше). Правомірність вибору цього параметру підтверджується встановленим зв'язком коефіцієнтів степеневої функції параметра насичення і залишкової водонасиченості з розподілом коефіцієнта проникності за умови рівності об'єму порового простору.

Дослідження зв'язків фільтраційних властивостей порід і геофізичних параметрів проведено на колекції зразків гірських порід, відібраних із Кулічихінської, Тимофіївської, Яблунівської, Матвіївської і Розпашнівської площ. Рівняння залежності коефіцієнта проникності та комплексного геофізичного параметра для порід гранулярного типу записується наступною формулою: , де С₁,С₂ - вільні коефіцієнти рівняння.

Виділивши групу зразків із фіксованим значенням С₂ встановлено, що для цих зразків залежність К_пр і К_п характеризується високим коефіцієнтом кореляції (R = 0,94 ч 0,96), тобто, структура порового простору описується однаковими значеннями параметрів. Для підтвердження чого проведено порівняльний аналіз залежності коефіцієнта проникності від комплексного геофізичного параметра і запропонованої Івановим В.А. моделі проникності породи-колектора, що описується формулою: , де ? модифікована циліндрична функція Макдональда, К_пр - коефіцієнт проникності, К_п - коефіцієнт пористості, r_max - максимальний радіус пор, ч - коефіцієнт гіперболічної функції. Представлена формула встановлює зв'язок проникності породи з максимальним радіусом і геометрією пор.

Подібна характеристика залежностей коефіцієнта проникності і пористості для виділених груп зразків фізичної і геологічної моделі вказує на те, що коефіцієнт С₂ можна характеризувати як функцію двох змінних, а саме максимального радіуса пор r_max і коефіцієнта гіперболічної функції ч, який описує геометрію порового простору. Окрім того, коефіцієнт С₂ дає змогу групувати зразки порід, для яких існує залежність К_пр = а₁К_п ± а₂ (а_1, а₂ - сталі, що характеризують геологічний простір), що має високий коефіцієнт кореляції.

Визначальною ознакою застосування моделі зв'язку К_пр з комплексним геофізичним параметром є необхідність ідентифікації зразків за структурою порового простору. Для ідентифікації можна використати матеріали лабораторних досліджень керна або гідродинамічних випробувань.

Для прогнозу ідентичності порід-колекторів за структурою порового простору проведено аналіз результатів гранулометрії порід на прикладі, візейских відкладів Тимофіївського і Кулічихіньського родовищ. Опис кривої розподілу кількості зерен за діаметром проводився для груп зразків за умови К_п = const.

Виділено три типи форм кривих. До першого типу відносяться породи з нормальною характеристикою розподілу і невеликим коефіцієнтом асиметрії (0,01 - 0,09); до другого типу відносяться породи з нормальною характеристикою розподілу і наявністю значного позитивного або від'ємного коефіцієнта асиметрії; до третього типу відносяться породи з нормальним характером розподілу і змінним коефіцієнтом крутості (Е^м, ексцес), тобто характеристика розподілу має низько градієнтну або високо градієнтну форму. Розглянуті типи форми розподілу кількості зерен за діаметром мають власні характеристики, що вказує на прямий зв'язок К_пр з гранулометричним складом породи за фіксованих значень К_п.

За результатами встановлено, що характер розподілу діаметру зерен скелета теригенних порід гранулярного типу визначає диференціацію фільтраційних властивостей порід-колекторів за умови однакових об'ємів порового простору. Класифікація розподілу зерен скелета за діаметром дає змогу ідентифікувати об'єкт за геологічними ознаками та структурою порового простору.

Головною особливістю запропонованого методичного підходу побудови геолого-фільтраційних моделей є неформальне об'єднання комплексних геолого-геофізичних досліджень за генетичними ознаками порід з кількісною характеристикою петрофізичних властивостей, що відображають геологічну будову і визначені на основі фізико-геологічних залежностей. Друга особливість пов'язана з можливістю інтерполяції значень фільтраційно-ємнісних властивостей порід-колекторів за ознаками, що залежать від седиментаційних умовам і процесів постседиментаційного періоду розвитку гірських порід.

ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРУ НАСИЧЕННЯ ПРОДУКТИВНИХ ПОРІД-КОЛЕКТОРІВ СКЛАДНОЇ БУДОВИ З МЕТОЮ КОНТРОЛЮ ЗА РОЗРОБКОЮ НАФТОГАЗОВИХ РОДОВИЩ ДДЗ МЕТОДАМИ ГДС

Метод імпульсного нейтронного каротажу є основним для визначення характеру насичення продуктивних покладів на етапі розробки нафтогазових родовищ. Дослідженню нейтронних властивостей порід присвячено низьку наукових праць Кантора С.А., Шимелєвіча Ю.С., Поляченко А.Л., Кожевнікова Д.А., Козачка І.О., Кулінковіча А.Е., Резванова Р.А. та інших, які вказують на необхідність вивчення нейтронної неоднорідності скелета породи. Існуючі методики визначення характеру насичення за результатами ІНК в умовах складної будови порід не завжди задовольняють вимогам точності визначення коефіцієнта насиченості.

Моделювання нейтронних властивостей порід-колекторів проведено за інформацією з мінералогічної характеристики і літологічного опису гірської породи продуктивних комплексів ДДЗ. На підставі розрахунків нейтронних параметрів скелета породи встановлено, що діапазон зміни величини часу життя теплових нейтронів ф_ск відповідає межам 280 860 мкс. Для порід з мономіктовим складом скелета значення ф_ск характеризується межами 626 860 мкс, а для поміктового складу скелета ? 280 - 580 мкс. Зміна часу життя теплових нейтронів для мономіктових порід пов'язана з заміщенням частки породоутворюючого мінералу кварцу глинистою фракцією. Диференціація часу життя теплових нейтронів для поліміктових порід зумовлена заміною мінерального складу твердої компоненти скелета. Встановлено, що на диференціацію часу життя теплових нейтронів впливає частка мінералів, що вміщують елементи калію і заліза, це мусковіт, біотит, ортоклаз, хлорит, гетит та мінерали цементу породи: монтморилоніт і гідрослюда.

Задача врахування неоднорідності розв'язується створенням схем розподілу часу життя теплових нейтронів у скелеті породи для конкретних продуктивних покладів. З цією метою досліджується мінералогічний і літологічний склад порід-колекторів і за результатами мікро- та макродосліджень визначається величина часу життя теплових нейтронів. Схема будується з урахуванням просторового розподілу параметрів продуктивних горизонтів і для уточнення неоднорідності інтерполяція значень ф_ск проводиться на основі використання інформації з характеристики умов накопичення і заміщення осадів. Побудована схема дала можливість визначати нейтронні параметри скелета породи ф_ск, у просторовому відношенні (у свердловинах де не визначено мінеральний склад), для розрахунку поточного коефіцієнта насичення.

Адитивна модель декремента затухання теплових нейтронів у породі-колекторі не завжди дає змогу визначати коефіцієнт насичення, особливо для порід з поліміктовим складом скелета. Це зумовлено наявністю нестандартних взаємозв'язків між петрофізичними параметрами.

Для наближення адитивної моделі до реального геологічного середовища зі складною будовою нами представлено модель, яка враховує взаємозв'язок між окремими петрофізичними параметрами: К_вз = К_в^к + К^м_вз, К_в^к = 1 - (К_г - К^м_вз), де К_в^к - коефіцієнт слабкозв'язаної води, К^м_вз - коефіцієнт міцнозв'язаної води. Міцнозв'язана вода в породі-колекторі визначається величиною глинистої фракції в її мінералогічному складі, а також ступенем пілітизації зерен скелета і представляється функцією: К^м_вз = ѓ (К_гл, К_гл^піл), де К_гл - коефіцієнт глинистості, К_гл^піл - коефіцієнт пілітизованої частки скелета породи. Завжди повинна виконуватися умова К_гл + К_гл^піл = 1. Коефіцієнт пористості у загальному опосередковано пов'язаний із залишковою водонасиченістю, що враховується в моделі К_п=ѓ(К_вз). Скелет породи за декрементом поглинання теплових нейтронів можна записати виразом: _ск = _ск^кв + _ск^п, де _ск^кв - декремент затухання теплових нейтронів у скелеті з кварцовою основою, _ск^п - декремент затухання теплових нейтронів у полімінеральній компоненті породи.

З урахуванням додаткових умов, модель нейтронних властивостей порід з поліміктовим складом скелета записується наступним рівнянням:

,

де _ск^піл - декремент затухання теплових нейтронів у пілітизованій частині скелета породи; ₁, ₂ - частка компонент у скелеті.

За результатами представленої моделі нами встановлено основні чинники, що ускладнюють визначення коефіцієнта поточного насичення у породах складної будови. Використання моделі дозволило удосконалити методику визначення поточного коефіцієнта насичення продуктивних пластів за даними імпульсного нейтронного каротажу. Головною рисою методики є використання просторової схеми розподілу часу життя теплових нейтронів у скелеті породи, узгодженої з літолого-седиментаційною характеристикою відкладів у межах свердловини. Випробування методики проведено на свердловинах Яблунівського і Юліївського родовищ.

Особливості технології експлуатації природних сховищ газу дають змогу одержувати інформацію про динаміку процесу зростання і зменшення коефіцієнта насичення. Така особливість дає можливість вимірювати декремент затухання теплових нейтронів у період максимального та поточного насичення пласта, що дає змогу визначати вплив свердловинних умов на результати визначення коефіцієнта насичення. Однак для продуктивних відкладів складної будови, час життя теплових нейтронів у породі занижується, що зменшує різницю нейтронних властивостей породи і свердловинного середовища, та призводить до неоднозначності визначення впливу свердловинних умов на величину декремента затухання.

Нами розроблено нову технологію спостереження за ефективністю закачування і відбору газу з природних сховищ методом нейтронного каротажу, що дає змогу контролювати зміну впливу свердловинних умов на результати визначення коефіцієнта насичення. Контроль зміни впливу нейтронних властивостей свердловини здійснюється шляхом зіставлення розрахованої нейтронної характеристики продуктивних відкладів за умови граничного насичення пласта газом і виміряних у різні періоди експлуатації природних сховищ газу.

Встановлено, що достовірність визначення коефіцієнта насиченості методами нейтронного каротажу значною мірою залежить від точності визначення коефіцієнта пористості геофізичними методами. Визначення коефіцієнта пористості методом акустичного каротажу досліджено у наукових працях Івакіна Б.Н., Кузнецова О.Л., Добриніна Ю.М., Петкевича Г.И., Резванов Р.А., Лизуна С.О., Кашуби Г.О., Карпенка О.М. та інших. Швидкість розповсюдження пружних хвиль у гірській породі, яка є складнопобудованою матрицею, залежить від низки чинників.

Аналіз літолого-петрографічних і геофізичних характеристик дає змогу встано-вити, що утворення глинистих мінералів у вигляді окремих зон пілітизації і їх геометрія розташування суттєво впливають на швидкість пружної хвилі. Проведені теоретичні розрахунки і практичні дослідження впливу процесу регенерації зерен скелета на акустичні властивості порід-колекторів встановили, що ступінь щільності контакту між зернами і збільшення ефективної поперечної площі контактів призводить до зростання швидкості пружних хвиль.

Неоднорідність і локальність утворень вторинних процесів (пілітизації, регенерації) у породах складної будови для визначення коефіцієнта пористості методом акустичного каротажу потребує враховувати впливу цих процесів на інтервальний час. Головною особливістю врахування цих чинників є необхідність першочергового проведення оцінки характеру впливу на швидкість пружної хвилі у скелеті породи.

У роботі доведено можливість оцінки впливу властивостей цементу та ступінь щільності укладки зерен скелета шляхом використання різницевого параметра, тобто інтервального часу розповсюдження пружної хвилі, розрахованого на моделі і виміряного у свердловині. Для розрахунку використана швидкісна модель для диференційно-пружних середовищ, запропонована Ф.Гесманом, що описує проходження пружної хвилі у колекторі, скелет якого представлено зернами сферичної форми і між зернами існує точковий контакт.

У реальних породах контакт між зернами описується власною геометрією поверхні, утвореної внаслідок гірського тиску, властивостей цементу і регенерації зерен. Таким чином, для порід з однаковими об'ємами порового простору розраховане значення інтервального часу буде максимальним, це значення пропонується прийняти як критерій максимального часу проходження пружної хвилі для породи з мінімальним ступенем ущільнення скелета породи. За зміни геометрії контакту і збільшення щільності між зернами інтервальний час буде зменшуватися, що вказує на характер ущільнення зерен скелета, а також на вплив глинистої фракції.

Важливою особливістю методики оцінки впливу властивостей цементу та ступеня щільності зерен скелета є запропонований порівняльний аналіз виміряних значень інтервального часу у свердловині і в моделі, що характеризується мінімально можливою швидкістю. Прийнята модель представлена зернами кварцу з високим ступенем сортування, а мінімальна швидкість зумовлена контактною формою дотику зерен. Ця модель може бути еталоном для різних способів порівняння у процесі розроблення технологій удосконалення методики інтерпретації акустичного каротажу.

Дослідження нейтронних і акустичних моделей дало змогу запропонувати удосконалену методику визначення поточного коефіцієнта насиченості порід складної будови, що представляють продуктивні поклади ДДЗ.

ФІЛЬТРАЦІЙНА МОДЕЛЬ ПРОЛЕТАРСЬКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО РОДОВИЩА

На основі проведеного аналізу результатів свердловинних досліджень та вивчення петрофізичних характеристик порід продуктивного комплексу, складено геолого-фізичну модель. Встановлено, що за результатами лабораторних досліджень фільтраційні властивості колекторів Пролетарського газоконденсатного родовища характеризуються неоднорідністю.

У роботі над створенням геолого-фільтраційної моделі сконцентровано основну увагу дослідженням седиментаційних умов басейну накопичення осадів, що дало змогу пояснити і спрогнозувати просторовий розподіл неоднорідності колекторських властивостей і літологічних ознак гірських порід. Такий підхід дав змогу підвищити достовірності моделювання петрофізичних параметрів порід-колекторів у межах газоконденсатного родовища.

Побудова седиментаційної моделі базується на характеристиках опису геофізичних кривих методів гамма-каротажу, самочинної поляризації, електрометрії за формою кривих та співвідношеннями аномалій. Значний вклад у розвиток даного напрямку внесли вчені Лукін А.Е., Муромцева В.А., Ізотова Т.С., Косаченко В.Д. Одним з основних елементів дослідження седиментаційних умов за геофізичною інформацією є вивчення природної радіоактивності, що реєструється гамма-методом. Розподіл природних радіоактивних елементів залежить від геохімічної обстановки басейну накопичення осадів і відтворює природу літологічної характеристики. У постседиментаційний період перерозподіл концентрацій природних радіоактивних елементів не відбувається. Гідродинамічні процеси можуть призводити до утворення радіогеохімічних аномалій, але вони завжди мають локальний характер і не змінюють загальний розподіл радіоактивних елементів. Інформація методів самочинної поляризації та електрометрії зумовлена не тільки умовами басейну накопичення осадів, але і перетіканням постседиментаційних процесів.

У роботі доведено можливість використання методики седиментаційного каротажного аналізу для створення геолого-фільтраційної моделі. Загально прийняті методики побудови фільтраційних моделей базуються на визначені просторового розподілу коефіцієнта проникності шляхом інтерполяції. За такою схемою не завжди можливо дослідити однорідність і ідентичність порід за інтерполяції значень К_пр між свердловинами, а врахування тільки структурних особливостей площі не завжди відповідає формі басейну накопичення осадів, який і визначає неоднорідності структури порового простору і літологічні ознаки порід.

Аналіз седиментаційної моделі дозволив виділити ділянки за ідентичністю структури порового простору для горизонтів Б - 12 та В-3 Пролетарського родовища на яких можна чітко простежити у горизонтальному просторі зони залягання порід з однаковою структурою порового простору.

Визначення коефіцієнтів проникності на основі залежності комплексного геофізичного параметру від фільтраційних властивостей порід Пролетарського газового родовища проведено за результатами вимірів геофізичних параметрів у свердловинах, лабораторних досліджень та побудованої седиментаційної моделі. Визначення коефіцієнтів С_і здійснювалось шляхом оптимізації розрахованих і виміряних значень проникності. Для корекції значень коефіцієнтів залежності враховувались межі зон залягання порід з однаковою структурою порового простору, встановлені за даними ГДС.

Порівняльна характеристика результатів гідродинамічних і геофізичних досліджень проникності продуктивних пластів Пролетарського родовища дала змогу оцінити достовірність використання геофізичних методів для визначення проникності.

Створена геолого-фільтраційна модель оптимально відповідає геофізичній інформації, одержаній під час геофізичних досліджень у свердловинах та підтверджується результатами гідродинамічних досліджень. Значення коефіцієнта проникності відображає середньо зважену величину проникності за відношенням до товщини прошарків продуктивних горизонтів.

Встановлено розподіл неоднорідності фільтраційної характеристики продуктивних відкладів на Пролетарському родовищі, що дало змогу прогнозувати процес обводнення покладів, особливо коли спостерігається підняття ГВК у вигляді конусів.

Аналізуючи фільтраційну модель було складено прогнози з ефективного видобутку газу за рахунок раціонального підходу до вибору свердловин, що знаходяться у сприятливих умовах для подальшої експлуатації.

геофізичний пласт вуглеводень порода

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв'язуються актуальні задачі геофізичного контролю процесу вилучення вуглеводнів з продуктивних пластів нафтогазових родовищ ДДЗ, представлених породами складної будови. Неоднорідність мінералогічного складу скелета породи-колектора та різноманітність будови порового простору зумовлює неадекватність відображення фільтраційно-ємнісних властивостей у геофізичних полях. Геофізичне моделювання фільтраційних властивостей і нейтронної характеристики порід-колекторів складної будови дало змогу вивчити особливості причин неадекватності зв'язків геологічних і фізичних параметрів.

Найважливіші наукові та практичні результати дисертаційної роботи такі:

1 Уперше доведено, що висока відносна похибка визначення коефіцієнта проникності за геофізичними даними зумовлена використанням інтегральних характеристик будови порового простору породи-колектора (коефіцієнта пористості, залишкової водонасиченості) у встановленні емпіричних залежностей.

2 Дослідженнями зв'язку фільтраційно-ємнісних властивостей з фізичними параметрами доведено, що параметри структури порового простору є домінуючими чинниками (розмір пор та їх форма, шляхи з'єднання між порами, властивості порових стінок, кількість великих пор і малих, їх співвідношення тощо), що впливають на диференціацію фільтраційних властивостей порід-колекторів складної будови за умов однакового об'єму пор.

3 На підставі модельних досліджень взаємозв'язків параметрів порід-колекторів з фізичними властивостями отримані нові результати:

- встановлено, що показники степеневої функції параметра збільшення електричного опору колектора і коефіцієнта водонасичення залежать від розподілу фільтраційних властивостей порід-колекторів;

- досліджено, що градієнт зміни опору породи зі збільшенням тиску вилучення флюїду з порового простру має чітку залежність від структури і геометрії пор, що дає змогу проводити ідентифікацію колекції зразків порід-колекторів на групи за ознаками властивостей порового простору.

4 На основі даних лабораторних досліджень кернового матеріалу теоретично і практично доведено, що головною умовою для уніфікації методики визначення коефіцієнта проникності за геофізичною інформацією необхідно провести ідентифікацію продуктивних відкладів за властивостями структури порового простору, а не збільшувати кількість параметрів моделі зі структурних характеристик їх пор.

5 Доведено, що за результатами гранулометричного аналізу порід-колекторів можна проводити класифікацію ідентичності зв'язку параметрів розподілу діаметра зерен скелета з фільтраційними властивостями за умови однакового об'єму порового простору;

6 Моделювання нейтронних характеристик продуктивних порід-колекторів, представлених поліміктовим складом скелета дало можливість:

- встановити основні перешкоди визначення поточного коефіцієнта насиченості методом імпульсного нейтронного каротажу;

- удосконалити методику визначення поточного коефіцієнта насичення на основі розроблених просторових схем розподілу часу життя теплових нейтронів для продуктивних відкладів з урахуванням мінералогічної та літологічної характеристик;

- розробити нову технологію використання методу нейтронного каротажу для спостереження за ефективністю закачування і відбору газу з природних сховищ.

7 На основі дослідження зв'язку швидкості пружної хвилі з характеристиками мінерального складу порід і цементу створено нову технологію оцінки впливу властивостей цементу та ступеня щільності зерен скелету на інтервальний час проходження пружної хвилі у визначені коефіцієнта пористості методом акустичного каротажу.

8 Аналіз фільтраційно-ємнісних і геофізичних характеристик продуктивних пластів Пролетарського газоконденсатного родовища вказує на те, що в межах одного продуктивного горизонту породи характеризуються різною структурою порового простору. За результатами досліджень виділені зони з ідентичною характеристикою порового простору.

9 Розроблено диференційну модель фільтраційних властивостей продуктивних відкладів Пролетарського газового родовища, на основі якої проведено аналіз фільтраційних властивостей продуктивних порід і виявлено зони підвищених фільтраційно-ємнісних властивостей, а також раціональний вибір свердловин для подальшої експлуатації на завершальній стадії вилучення газу.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Старостін В.А. Використання методу гама-спектрометрії при врахуванні впливу поліміктового складу скелета породи на нейтронні властивості покладів / В.А. Старостін, В.В. Федорів, А.В. Старостін // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. - 1997. - 34 (Том 1). - С.33 - 39. (Особистий внесок - проведено дослідження і зроблено розрахунки впливу полімінерального складу породи на час життя теплових нейтронів. Участь автора 35%).

2. Старостін В.А. Виділення стратиграфічної границі між візейським та турнейським ярусами за даними гама-спектрометрії / В.А. Старостін, Д.Д. Федоришин, В.В. Федорів, А.В. Старостін // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. - 1999. - № 36 (Том 1). - С.152 - 161. (Особистий внесок -обробка результатів гамма-спектрометричного аналізу керна і розрахунки співвідношень концентрацій радіоактивних елементів. Участь автора 30%.).

3. Старостін В.А. Аналіз методик визначення фільтраційних властивостей колекторів за даними геофізичних досліджень свердловин / В.А. Старостін, А.В. Старостін // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. - 2002. - № 3(4). - С.18 - 23. (Особистий внесок - збір матеріалу з характеристик фільтраційних моделей. Аналіз недоліків і переваг використання результатів ГДС. Участь автора 80%).

4. Старостін В. А. Використання техногенних джерел температури при контролі за ефективністю розкриття пластів нафтогазових родовищ / В.А. Старостін, В.Й, Прокопів, Д.Д. Федоришин, В.В. Гладун, А.В. Старостін // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. - 2003. - № 3(8). - С.81 - 86. (Особистий внесок - теоретичне обґрунтування можливості опису процесу вибуху імпульсним джерел тепла і розрахунки теплового поля свердловини. Участь автора 40%).

5. Старостін В.А. Можливості ідентифікації колекторів Семенівського родовища за параметрами порового простору / В.А. Старостін, І.О. Федак, А.В. Старостін // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2004. - № 4(13). - С.48 - 52. (Особистий внесок - аналіз параметрів геофізичних полів з метою оцінки структури порового простору порід-колекторів. Участь автора 35%).

6. Старостін А.В. Вплив вторинних процесів утворення порід-колекторів на достовірність визначення коефіцієнта пористості методом акустичного каротажу / А.В. Старостін, О.Н. Струтинська, В.А. Старостін. // Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. - 2005. - № 1(10). - С.25 -29. (Особистий внесок - теоретично обґрунтовано вплив ступеня регенерації зерен скелета породи на швидкість проходження пружних хвиль. Участь автора 75%.).