Введение к работе
Объектом исследования является нефте-водонасыщенный
пласт на предмет определения влияния капиллярных сил на
формирование и пространственно-временную эволюцию
электрофизических свойств зоны проникновения.
Основная идея работы - исследовать эволюцию зоны проникновения на основе численного моделирования процессов фильтрации, опираясь на результаты совместной инверсии данных электрического и электромагнитного каротажа.
Геофизические исследования в скважинах направлены на изучение свойств пласта. При бурении скважин фильтрат бурового раствора проникает в пористую и проницаемую среду. В процессе вытеснения пластовых флюидов, а также других физико-химических процессов, происходит изменение характеристик пласта вблизи скважины. Таким образом, измерения каротажными приборами и, в частности, измерения электрического комплекса, содержат информацию не только о характеристиках неизмененной части пласта, но и о зоне проникновения. В этой связи, правильный учет ее особенностей при обработке данных и интерпретации результатов измерений является необходимым условием достоверной оценки запасов и последующей эффективной разработки продуктивных интервалов.
В настоящее время влияние зоны проникновения на показания электрического и (или) электромагнитного каротажа учитывается при обработке данных усложнением геоэлектрической модели. В процессе инверсии подбирается не только удельное электрическое сопротивление (УЭС) неизмененной части пласта, но также и параметры зоны проникновения - ее УЭС и радиальная толщина. Известно, что в действительности радиальный профиль УЭС гладкий и в случае, когда пластовый флюид имеет две фазы, профиль УЭС определяется распределением водной и нефтяной фаз в прискважинной зоне. Пространственное распределение фильтрующихся фаз, в свою очередь, определяется скоростями фильтрации. Из гидродинамических моделей и физических опытов известно, что одной из сил, оказывающих влияние на движение флюидов в пласте, является капиллярное давление -разность давлений в фазах.
Существуют различные модели капиллярных давлений, кроме того, петрофизическими измерениями показана их важность при оценке запасов и разработке месторождений. Тем не менее, влияние капиллярных сил на этапе бурения скважин остается недостаточно изученным.
Таким образом, актуальность данной работы обусловлена недостаточным учетом данных о зоне проникновения, необходимостью создания новых моделей этой зоны для более качественной обработки геофизических данных.
Целью исследования является уточнение строения прискважиннои зоны путем развития программно-алгоритмичеких средств моделирования образования и эволюции зоны проникновения и их использования при обработке данных каротажа.
Задачи исследования.
Создать программно-алгоритмические средства для исследования особенностей распределения флюидов в прискважиннои зоне с учетом капиллярных сил;
Оценить влияние капиллярных сил на этапе бурения скважины;
Разработать методику совместной инверсии данных индукционного каротажа и гальванического микрокаротажа.
Методы исследования.
Теоретической основой решения поставленной задачи являются
модели фильтрации жидкостей через пористую среду. Разработка этих
моделей и их дальнейшее исследование изложено в работах
С.Н. Антонцева, С. Баклея, О.Б. Бочарова, Г. Дарси, Н.В. Зубова,
А.А. Кашеварова, Р. Коллинза, М. Леверетта, Л. Лейбензона,
В.Н. Монахова, П.Я. Полубариновой-Кочиной, В.М. Рыжика,
Н.В. Хуснутдинова и других. Связь между гидродинамическими и геофизическими характеристиками исследуемого объекта основана на петрофизических моделях, предложенных в работах Г. Арчи, Б.Ю. Венделынтейна, В.Н. Дахнова, Д. Девана, И.Н. Ельцова Б.Н. Еникеева, А.А. Кашеварова, Д.А. Кожевникова, М.М. Элланского.
Основной метод исследования развития зоны проникновения -численное решение уравнений, описывающих движение двух несмешивающихся жидкостей в пористой среде под действием перепада давлений. Определение распределения УЭС в прискважиннои зоне по данным геофизических измерений осуществлялось с помощью методов поиска оптимального набора модельных параметров. Математическое моделирование и инверсия данных проводились с использованием разработанных соискателем программных средств.
Фактический материал.
В работе использованы данные геофизических исследований скважины, расположенной на экспериментальном полигоне компании Бейкер Хьюз (Оклахома, США), полученных при участии автора. Комплекс измерений включал в себя:
Данные о бурении: скорость проходки, параметры бурового раствора и величина превышения давления в скважине над пластовым давлением;
Данные повторных измерений электрического комплекса каротажа (индукционный каротаж, гальванический микрокаротаж).
Защищаемые научные результаты.
Программно реализован алгоритм решения уравнений модели Маскета-Леверетта, описывающих проникновение фильтрата бурового раствора в пористый и проницаемый пласт под действием перепада давлений с учетом капиллярных сил. Модель дополнена уравнением, описывающим рост глинистой корки на стенке скважины.
Количественно оценено влияние капиллярных сил на распределение удельного электрического сопротивления в прискважинной зоне в процессе бурения. Установлены параметры бурения, при которых необходим учет капиллярных сил при расчете распределения флюидов и удельного электрического сопротивления.
Создана методика совместной инверсии данных индукционного зондирования и гальванического микрозондирования, которая заключается в согласовании данных этих двух методов в рамках единой геоэлектрической модели. Методика успешно применена для обработки данных, полученных на экспериментальной скважине.
Личный вклад.
Разработан и программно реализован численный алгоритм решения основных уравнений фильтрации, учитывающий капиллярные силы и рост глинистой корки на стенке скважины. Поток жидкостей через пористую среду описывается уравнением Дарси, связывающим перепад давлений и скорость фильтрации. Капиллярные силы учтены введением в рассмотрение «эффективного» давления.
На основе проведенных численных расчетов определены параметры бурения и петрофизические свойства пласта, при которых влияние капиллярных сил на распределение нефтяной и водной фаз, солености и удельного электросопротивления в прискважинной зоне значительно и должно учитываться в схеме обработки каротажных данных.
Разработан и программно реализован алгоритм совместной инверсии данных каротажа. С помощью разработанного программного обеспечения проведена обработка данных каротажа, выполненного в экспериментальной скважине.
В рамках единой геоэлектрической модели согласованы данные методов каротажа, имеющих разное пространственное разрешение. Согласование методов заключается в одновременном
вовлечении данных обоих методов в процедуру поиска оптимальной модели среды.
5. Выполнена апробация методики гидродинамической интерпретации: сделаны оценки объема проникшего в пласт фильтрата бурового раствора по данным повторного электрического и электромагнитного каротажа.
Научная новизна.
В результате моделирования проникновения фильтрата бурового раствора и сопутствующего проникновению роста глинистой корки на стенке скважины обоснован вывод о значительном влиянии капиллярных сил на величину кажущегося удельного сопротивления по данным индукционного каротажа.
Предложена и успешно опробована методика совместной инверсии данных разноглубинных измерений электрического и электромагнитного каротажа в рамках единой геоэлектрической модели. Апробация методики проводилась с использованием данных, полученных на экспериментальной скважине.
Практическая значимость результатов.
Разработанное программное обеспечение позволяет моделировать процесс проникновения фильтрата бурового раствора с учетом режима бурения и роста глинистой корки на стенке скважины, а главное, с учетом капиллярных сил. Кроме того, возможно моделирование каротажных диаграмм для гидродинамически обоснованных профилей УЭС. Такие расчеты полезны на этапе проектирования скважины, а также при оценке качества каротажных диаграмм.
Методика совместной инверсии данных разноглубинных измерений позволяет более точно оценить геоэлектрическое строение прискважинной зоны, чем при использовании любого из рассматриваемых методов в отдельности.
Апробация работы.
Основные результаты были представлены на конференциях и изложены в публикациях в научных журналах, а также доложены на научных семинарах. Среди них Международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирский государственный университет, 2007, 2008 гг.), IV Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь» (ИНГГ СО РАН, 2008), 8th European Formation Damage Conference (SPE, 2009), Научно-практическая конференция по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизических данных при геологическом моделировании месторождений углеводородов «Геомодель-2008» (EAGE, 2008), научные семинары Института нефтегазовой геологии и геофизики
СО РАН им. А.А. Трофимука (2008-2011), научный семинар Хьюстонского технологического центра и Технологический форум компании Бейкер Хьюз (2007, 2008), семинар лаборатории фильтрации Института гидродинамики СО РАН им. Лаврентьева (2010).
Полученные результаты изложены в 6 публикациях, из которых
2 статьи в ведущем рецензируемом журнале
Каротажник (2009, №4; 2011, №4), рекомендованном Высшей
аттестационной комиссией, 1 статья в научном журнале, 3 - материалы российских и международных конференций.
Автор благодарен своим коллегам: О.Б. Бочарову,
М.Н. Гладких, Г.В. Дятлову, А.И. Макарову, А.В. Манакову,
СВ. Мартакову, А.П. Мосину, М.Н. Никитенко, Е.В. Онего вой,
М.Ю. Подбережному, М.Б. Рабиновичу, М.В. Свиридову,
Н.А. Симонову за помощь и поддержку при выполнении работы. Автор
чрезвычайно признателен руководству Новосибирского
технологического центра компании Бейкер Хьюз: д.ф.-м.н., профессору Ю.А. Дашевскому и д.т.н., профессору Л.А. Табаровскому за внимание к работе.
Автор благодарен Е.Ю. Антонову и Н.Н. Неведровой за знакомство с работой и ценные замечания при подготовке окончательного варианта рукописи.
Успешному проведению исследований на всех этапах способствовала поддержка академика М.И. Эпова.
Автор глубоко благодарен своему научному консультанту д.ф.-м.н. А.А. Кашеварову за всестороннюю поддержку и терпеливое руководство.
Автор глубоко признателен своему научному руководителю д.т.н., доценту И.Н. Ельцову, оказавшему большое влияние на формирование научных интересов соискателя, за внимание к работе и руководство ее выполнением.
Автор благодарен преподавателям кафедры геофизики НГУ, чьи курсы он имел честь прослушать за время обучения в университете.
Автор благодарен А.А. Сахаровой за помощь при оформлении диссертации.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем работы - 112 страниц, в том числе 62 рисунка и 4 таблицы. Список литературы включает в себя 111 наименований.
