автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Определение относительной проницаемости коллекторов по нефти и воде с учетом неоднородности фильтрационных свойств

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ. ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РФ ' ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ииени И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи ' С Л 622.276.5:555.343

• И Н ХИАНГЧИНГ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ ПО НЕФТИ И ВОДЕ С УЧЕТОМ НЕОДНОРОДНОСТИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

Специальность 05.15.06 "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторондешйГ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1993 Г.

Работа Валолнека в Государственной Академии нефти и газа имени И.М.Губкина

Научный руководитель: доктор технических наук, проф.

Ш.К.Гкматудинов

Официальное оппоненты:. академик

А.Т.Горбунов Л.Б.Булазинов

кандидат технических наук

Ведущая организация: Институт проблем нефти и газа АН РФ

е 1часов на заседании специализированного Совета К.С53.27.С8 при Государственной Академии нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу:

117917, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект,д.65, ауд.731

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Государственной Академии нефти и газа им.И.М.Губкина.

Автореферат разослан "_"_ 1933 г.

У-.=:-:аа секретарь специализированного Совета

п

:агита диссертации состоится

ехкическпх наук, доцент

Актуальность проблемы. Известно, что во многих случаях расчетные (прогнозные) показатели разработки нефтяного месторождения существенно отличаются от фактических. Одной из причин такого положения дел является существование целого ряда недостатков, имеющихся в основах теории и практики определения относительной проницаемости пористых сред в зависимости от насыщенности различными флюидами, которые мало претерпели изменений со времени первых работ М.Маскета, Викова, Ботсета и Леверетта, являющихся основоположниками теории относительной проницаемости.

Крупной проблемой совершествования теории и практики прогнозирования многофазных потоков является учет неоднородности фильтрационных и емкостных свойств коллекторов нефти и газа. Использупциеся в настоящее время методики не учитывают и не воспроизводят в лабораторные моделях пористые среды с неоднородными фильтрационными свойствами, применяемые для изучения их относительной проницаемости. '

В диссертационной работе сделана попытка воспроизвести принципиальные черты реального неоднородного строения пород в лабораторной модели пласта по результатам гидропрослушивания скважин,расположенных на.исследуемом участке залежи.

Диссертации посвящена решению актуальной задачи разработки нефтяных месторождений - совершенствованию расчетов многофазных потоков на основе использования соотношений относительных проницаемостей, получейкх с учетом неоднородного строения пласта.

Цельп настоящей работа является разработка теории и практики

экспериментального построения кривых относительных проницаемостей с учетом неоднородного строения коллектора, параметры неоднородности которого устанавливаются по данным гидродинамических исследований скважин.

Основные задачи исследований , обеспечивающие достижение поставленной цели, включают:

1. Создание и обоснование выбора строения лабораторной модели пласта по данным гидропрослушивания и других исследований в условиях нестационарного притока нефти к скважине.

2. Сравнительное изучение относительной проницаемости по нефти и воде неоднородных ( двухслойных ) и однородных пористых сред, имещих одинаковое , суммарное значение абсолютной проницаемости.

3. Исследования зависимости относительной проницаемости от степени неоднородности фильтрационных свойств пласта ( от соотношения проницаемости пропластков ).

4. Изучение влияния вязкости нефти на кривые относительных проницаемостей неоднородного пласта.

5. Совершенствование расчетных методов оценки абсолютной, фазовой и относительной проницаемости пород по кривым "капиллярное давление - водонасыщенность пор" (Рк- 5в).

Методы решения поставленных задач . Задачи решались на основе анализа гидродинамических исследований процессов перераспределения пластового давления при нестационарных воздействиях, учитывающих неоднородность строения пласта путем моделирования процесса формирования кривых относительных проницаемостей двухслойного пласта для нефти и воды, в зависимости от степени неоднородности

пласта и от соотношения вязкости нефти и воды.

Научная новизна . В работе показана целесообразность и необходимость учета неоднородности фильтрационных свойств при построении кривых относительных проницаемостей. В диссертационой работе предложена новая методика построения кривых относительных проницаемостей с помощью лабораторных моделей, отображающих принципиальные условия фильтрации многофззных потоков в неоднородных коллекторах, устанавливаемых по данным промысловых гидродинамических исследований пластов.

Практическое значение . Предлагаемый способ построения кривых относительных проницаемостей , учитывающий неоднородности строения пластов позволит существенно повысить точность расчета прогнозных технологических показателей разработки участкоз пласта, строения которых смоделированы по данным гидродинамических исследований. Показано, что механизм формирования относительных проницаемостей по различным фазам зависит от соотношения абсолютной проницаемости пропластков, соотношения вязкости нефти и воды, а такяе от характера течения обменных процессов флюидами мехду пропластками.

Структура и объем работы . Диссертационная работа состоит из Еведения, пяти глав, списка литературы (включающего 53 наименования ) и приложений. В предложении приведены программы для вычисления относительной проницаемости и по расчету технологических показателей разработки неоднородного пласта с использованием кривых относительных проницаемостей, полученных на двухслойной модели пласта.Текст изложен на 108 страницах, включая

27 рисунок, 6 таблиц.

Работа выполнена в период обучения (3.1991 - 10.1993 гг.) в аспирантуре ГАНГа им.И.М.Губкина.

Автор искренее признателен научному руководитель» - доктору технических наук, профессору Ш.К.Гиматудинову за большую помощь и постоянное внимание за весь период выполнения работы, за ценные советы и консультации. Автор выражает больную благодарность заведующему вычислительной лабораторией А.А.Орлову и всем коллегам на квфедре.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

В введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность проблемы и цели проведенных исследований.

Глава I посвящена проблемам совершенствования теории и практики определения относительной проницаемости коллекторов по нефти и газу, проанализированы факторы, влияющие на зависимости относительных проницаемостей пористых сред от насыщенности их-флюидами. Дана характеристика современным лабораторным методам измерения относительной проницаемости пород для пластовых жидкостей и газов. Показано, что практически все они страдают крупными недостатками, которые приводят к существенным различиям зависимости относительных проницаемсостей, установленных в лабораторных условиях, от фактических закономерностей многофазной фильтрации в реальных пластах. Небольшие размеры керна, которые используются в лабораторных моделях пластов, не отражают их реального строения и характеристик фильтрации многофазных потоков в реальных условиях, с помощью кернового материала можно получить

V

дискретные фильтрационные характеристики (.яогофазного потока действительные только для области отбора кернэ. И, следовательно, полученные данные являются случайными и относятся к несуществущему в природе однородному пласту, характеристика которого определяется свойствами использованного для опытов кернового материала. Практически всякие коллекторы, даже в зоне расположения единичных или нескольких скважин, представляют собой сложно- построенные природные объекты, характеризующиеся неоднородностью фильтрационных свойств пород по объему и площади их простирания. При этом очевидно, что результирующие закономерности фильтрации многофазных потоков, формирующиеся под "влиянием этой неоднородности, не могут быть идентичными тем зависимостям, которые формируются в пористой среде керновсго материала пусть даже отобранного из данного участка. Это означает отсутствие какого-либо' подобия фильтрационных свойств в натуре и в лабораторных моделях, формируемых из кернового материала.

На этом основании, в диссертационной работе отмечается необходимость разработки теории и практики измерения относительных 'проницаемостей пород по пластовым флюидам с учетом их неоднородного строения на моделях, формирующих хотя бы приближенное подобие пршшипиальнных характеристик многофазных потоков в натуре и в процессе лабораторного опыта.

Высказывается мнение, что такие модели, отображаюсь принципиальные особенности фильтрации многофазных потоков в зоне отдельных сквзжин или групп скважин, могут быть построены по данным строения участков пластов вокруг этих скважин, установлена« методам;! г идее прослушивания и других видов гидродинамические исследований.

В первой главе также отмечается , что многие проблемы и задачи современной теории относительных проницаемостей остаются нерешенными. Нет ясности в вопросах влияния соотношения вязкости нефти и воды на величину относительных проницаемостей. Недостаточно изучен механизм формирования относительных проницаемостей пород по различным фазам под влиянием температурного изменения и т.д.

В первой главе также рассматриваются многочисленные корректирующие зависимости относительных проницаемостей, построенные по результатам общих промысловых и лабораторных исследований. Отмечается, что они мало опробованы на практике и требуют дальнейшей корректировки и определения условий их применения.

Рассматриваются и анализируются основные расчетные методики определения фазовых и относительных проницаемостей по парометрическим кривым и зависимостям " капиллярное давление -водонасыщенность " ( Рк - 38 ). Отмечается, что существующие методики построены на основе идеализированного представления о геометрии и свойствах поровых каналов пласта и требуют дальнейшей корректировки и совершенствования.

В диссертационной работе поставлены следующие задачи: 1. Изучить целесообразность и возможность применения для оценки относительных проницаемостей коллекторов в условиях их заводнения модельные пористые среды, учитывающие и отображающие принципиальные черты неоднородного строения пластов на участках вокруг скважин.

2. С целью отображения в модели реального строения пластов использовать для построения модельных пористых сред оценки их геометрических параметров, фильтрационных и емкостных свойств, полученных с помощью методвз гидродинамических исследований скважин и пластов.

3. Исследовать влияние некоторых показателей неоднородности пористых сред на зависимости относительных проницаемостей от насыщенности пор флюидами.

4. Провести сравнительные расчеты показателей разработки участков залежи с применением заводнения . "

используя кривые относительных проницаемостей, полученные на моделях однородного и неоднородного строения при одинаковых значениях их абсолютной проницаемости.

5. Опробовать некоторые способы корректировки уравнений, применяемых для расчетов фазовых и относительных проницаемостей по кривым "капиллярное давление -водонаскщенность" ( ?к- Зв) с целью приближения расчетных зависимостей к экспериментальным.

Глава 2 посвящена методу учета и отображения в моделях лементов неоднородности фильтрационных и емкостных свойств оллекторов нефти и газа, формирующих принципиальные черты ногофазных потоков в зонах расположения единичных или груш кважин. В начале отмечается , что применяемые в настоящее время эроятностно-статистические метода и методы построения эдифицировзнных функций относительной проницаемости (ВНИИ-2), не цовлетворяют поставленным требования, ибо искусственно юрядочивают в модели фильтрационные потоки флюидов. Поэтому, в тссертационной работе предлагается использовать неоднородные

(двухслойные ) модели, формирующие принципиальные характеристики потоков, возникаюцие з зонах отдельных сквзжин или их групп скважин под влиянием местной неоднородности сеойств пород этого участка. Для этой цели предлагается использовать результаты, полученные при проведении гидропрослукивания пласта или других нестационарных методов гидродинамического исследования.

Предполагается, что всякий пласт представляет собой деойну» I пористую среду, вложенную одна в другую, и поэтому в модели он может быть представлен в Еиде' двухслойного пласта, в котором пропласток с большей проницаемостью имитирует проводимость трешин (в случае трещинного коллектора), или же высокопроницаемую разность (в случае терригенного коллектора). Пропласток с пониженной проницаемостью имитирует проницаемость блоков ( в случае трещинного коллектора) или же малопроницаэмые разности пластов (в случае терригенного коллектора).

- Уравнения гидродинамики, описывающие процессы распространения волн давления в пластах с учетом неоднородного ( слоистого ) их строения, позволяют по данным гидропрослушивания оценить соотношение проницаемости и соотношение толщин пропластков. Эти соотношения в определенном масштабе воспроизводятся на модел1 пласта.

В работе использован метод отображения и учета в моделях свойств реальных коллекторов нефти по данным гидропрослушивания, который разработан во ВНИИ. Идея метода состоит в том, что импульс давления в реагкрущую скважину поступает вначале по високопронкцаемым разностям, и лишь со .временем усиливается за счет влияния на крпЕые гидропрослушивания волновых процессов, поступают« по кчлопрстщпешм разностям. Поэтому, как правило.

кривые гидропрослушивания в любых общепринятых координатах являются криволинейными. Обрабатывая начальные и конечные участки кривых гидропрослушивания, удается установить приблизительные фильтрационные и геометрические свойства пропластков, Еоспроисводимые в соответствующем масштабе в моделях. В .конов раздела приеведен расчет параметров модели для случая одного из участков Бахеновской Свиты Западной Сибири. По даннни гидропрослушивания, полученными ВНИИ установлено, что соотношение толщин пропластков составляет = 3 (Kt » Кг, где К

проницаемость пропластков; Kt= 0.055 мкм2, Kz= 0.015 мкм2).

Глава 3 посвящена условиям проведения опытов по изучении фазовых относительных проницаемостей слоистых моделей пластов щи вытеснении нефти водой. Опыты проводились на двухслойных моделях, насыпных пористых сред, которые формировались в трубчатом кернодержателе: внутренний диаметр изменялся от 12.4 мм до 53 мм, длинна- 50 см. Выбор параметров пористой среды, ее фильтрационных свойств и условий проведения опытов проводился с учетом теории приближенного подобия для услоеий фильтрации в модели и в натуре, разработанной Д.А.Эфросом и В.П.Оноприенко. Во всех опытах принята одинаковая толщина пропластков ht = h2 Заданные значения проницаемостей пропластков достигались за счет выбора соответствующего состава смеси песка с маршалктом.

Неоднородность фильтрационных свойств модели осуществлялась за счет изменения соотнопения проницаемости пропластков Kt/K2 Абсолютная проницаемость изменялась в пределах от 0.3 до 10 мкм1. В моделях, использованных для опытов, это соотношение изменялось в пределах от 3 до 14 . Упомянутые пределы неоднородности выбрани

всходя из статистического анализа фильтрационных свойств коллекторов многочисленных месторождений России. В качестве нефти Сшш использованы минеральные масла с различной вязкостью = 1.27 ~ 14.88 мПа-с при г = 20 "С ,а в качестве вытесняющей среда вспользовали раствор поваренной соли в воде с концентрацией 200 г/л, вязкостью мв=1.034 мПа-с. Все опыты проводились при атмосферных условиях.

Опыта по изучению влияния неоднородности фильтрационных свойств на кривые относительных проницаемостей проводились в специальных условиях с применением методов ступенчатого повышения язвления нагнетания вытесняющей жидкости (воды) . в модели газета.Соответствующие ветви кривых относительных проницаемостей гзучались путем вытеснения воды нефтью и нефти водой. При этом в начале процесса, вытеснение одной жидкости другой производилось ера малой скорости фильтрации до достижения установившейся яасзденности нефтью и водой, определяемой по расходу гытесняющей ицкости и известному значению насыщенности - пор жидкостями (определение насыщенности проводилось по балансу объемоз флюидов), «затем вычислялись относительные проницаемости модели по вагнетаемому флюиду.

Далее опыты повторялись при более высоком давлении нагнетания рабочей жидкости после частичного вытеснения дополнительной нефти создавалсяновый установившийся режим фильтрации, но уже для других зежода насыщенности пор модели флюидами и т.д.

В главе 4 приведены результата проведенных исследований, шторю состояли из трех групп опытов:

I. Сравнительное изучение зависимости относительных

проницаемостей от насыщенности пор нефтью и водой в однородных и неоднородных моделях пористых сред, обладающих одинаковыми значениями абсолютной проницаемости.

2. Исследование влияния степени неоднородности фильтрационных свойств пласта (соотношение К1/Кг) на характер кривых относительных проницаемостей.

3. Изучение влияния соотношения вязкости нефти и воды на закономерности изменения кривых относительных проницаемостей.

В качестве примера на рис.1 приведены крише относительных проницаемостей, полученный для однородного и неоднородного пласта при равной величине абсолютной проницаемости пород .для обоих моделей (К=2.4 мкм2). Вязкость исследуемой нефти составила и =7.5 мПа-с при X = 20"С . Проницаемости пропластков составили К4 = 3.6 мкм2, К2 = 1.2 мкм2. На рис.2 приведены зависимости относительных проницаемостей модели неоднородногопласта при различных соотношениях проницаемости К /К : 3.1, 9.2, 14.2. Во всех случаях вязкость нефти была равна к = 7.5 мПа-с при X = 20*С. Графики на рис.3 показывают зависимости относительных проницаемостей от соотношения вязкости нефти и еоды м

В конце главы приведены результаты расчетов технологических показателей разработки для гипотетической залежи (рис.4), параметры которой соответствуют одному из участков Дацинского месторождения КНР. Для расчетов с примершем теории Взклил-ЛеЕеретта использовали кривые относительных проницаемостей, праведеннные на рис.1.

Из приведенных данных следует, что кривые относительных проницаемостей, при одинаковых значениях абсолютной проницаемости

N.

о.ео

0.60

0.40

о. го

а; N

\

N 6 & Я

\\ / ^ /

\\ //

К'„

0.80

0.60

0.40

о.го

0.00

0.25

0.50

0.75

Рис.1 Относительная проницаемость однородного (а) и неоднородного (б) коллекторов, «и

0.80

0.60

0.40

0.20

\

\ 1:К1/К2= 3.1

2: ^/><2=9.3

\ 14.2

г \

\\

3 2 / ' 1

/'У /

Ч\ч

О.ВО -

0.60

0.40

0.20

0.00

0.25

0.50

0.75

Рис .2 Зависимости относительных проницаемостей неоднородного коллектора от гло степени неоднородности.

О.ВО

0.60

0.40

0.20

— 1

2

+-ь 3

\ \

V \\

\ Дл У и

-А'

■с/

а.во

0.60

0.40

0.20

0.00 0.25 . 0.50 0.75

Рис.3 Влияния вязкости нефти на относительну» проницаемость неоднородного коллектора. .27

=7.51 3:м =14.88

О.т/сат. 250

200

150

100

50

\ 6 а

•

| а -

к /Л т —б—

I .

1*

80

60

40

20

0 1 2 3 4 5 6 1,год

Рис.4 Зависимости добычи нефти о и нефтеотдачи г? от времени (а - однородного, б - неоднородного коллектора).

— 1.6 ~

/

однородной и неоднородной пористой среды, могут существенно отличаться друг от друга. Из приведенных данных также следует, что формирования кривых относительных проницаемостей происходит под значительным влиянием степени неоднородности пластов и соотношения вязкости нефти и воды.

Расчеты технологических показателей разработки (рис.4) с использованием кривых относительных проницаемостей, полученные по обычной технологии и с учетом неоднородного строения коллекторов, подтверждают настоятельную необходимость разработки теории и практики переноса на модели пластов принципиальных черт фильтрационных свойств реальных пластов, формирующих в каждом конкретном случае особенности фильтрации многофазных потоков.

При этом возникает необходимость производства неоднородных песчаников. Для этой цели в работе предлагается метод спекания кварцевых песков со стеклянным порошком, с последующей идентификацией структуры пор в модельных и естественных кернах по подобию кривых "капиллярное давление - водонасыщенность пор" о; -Э.).

В главе 5 рассматриваются вопросы применения расчетных методов приближенной оценки относительных проницаемостей от насыщенности пор флюидами. Показано, что многочисленные методы по расчету абсолютной, фазовой и относительной проницаемости приводят к значительным отклонениям расчетных данных от фактических. Несмотря на то, что пласт при расчетах представляется однородной гористой средой, целесообразно развивать . и совершенствовать расчетные методы оценки относительных проницаемостей пористых сред, с целью использования этих данных для приближенных расчетов

технологических показателей разработки пластов. На основе анализа недостатков, применяемых расчетных методов определения проницаемости пород, в работе даны некоторые рекомендации по совершенствованию существующих методов расчета:

1. Рекомендуется использовать для расчетов усредненные кривые "капиллярное давление - насыщенности пор " по возможно больш^квличеству образцов керна продуктивного пласта, что может быть выполнено методом их центрофугирования. •

2. Эмпирические коэффициенты, входящие в исходные расчетные формулы, целесообразно определять экспериментально (коэффициенты характеризующие извилистость путей фильтрации и другие).

3. Целесообразно учитывать извилистость каналов и отклонение их формы от цилиндрической. В диссертационной работе показано, что учет этих рекомендаций приближает в той или иной степени расчетные данные к реальным.

Выводы и рекомендации .

1. Существующая технология по-строешот:'кривых относительных проницаемостей пород при вытеснении нефти водой с помощью моделирования пористых сред керновым материалом не сответствует действительным механизмам фильтрации многофазных потоков в пласте.

2. Для одинаковых значений абсолютной проницаемости однородных и неоднородных пористых сред, кривые относительных проницаемостей не совпадают.

3. В условиях неоднородных пластов, при увеличении

- 1и -

соотношения вязкости нефти и воду, ухудшаются условия обмена флюидами между пропластками и снижаются характеристики относительной проницаемости пород по нефти.

. 4. Результаты расчетов технологическ( их показателей разработки с использованием теории Баклея - Леверетта могут быть приближены к фактическим показателям, при использовании кривых относительных проницаемостей, построенных с помощью модели неоднородных пористых сред, характеристики которых устанавливаются по данным гидродинамических исрледований пластов.

5. Точность расчетных методов определения различных видов , проницаемости может быть повышена путем замены в уравнениях эмпирических коэф!ицентов на экспериментально найдеТйьпе их значения (коэффициент извилистости каналов, коэффициент, учитывапций отклонения сечения каналов . от круга, средний радиус пор с наибольшими размерами).