Анализ работы скважины при добыче в режиме истощения залежи для модели трещиновато-пористого коллектора

Петров Михаил Николаевич; Нестерова Галина Владимировна; Ельцов Игорь Николаевич

УДК 550.832

DOI: 10.18303/2618-981X-2018-4-75-81

АНАЛИЗ РАБОТЫ СКВАЖИНЫ ПРИ ДОБЫЧЕ В РЕЖИМЕ ИСТОЩЕНИЯ ЗАЛЕЖИ ДЛЯ МОДЕЛИ ТРЕЩИНОВАТО-ПОРИСТОГО КОЛЛЕКТОРА

Михаил Николаевич Петров

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, аспирант, тел. (383)330-49-53, e-mail: petrovmn.93@mail.ru

Галина Владимировна Нестерова

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)330-49-53, e-mail: NesterovaGV@ipgg.sbras.ru

Игорь Николаевич Ельцов

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор технических наук, профессор, директор; Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, зав. кафедрой геофизических систем, тел. (383)333-29-00, e-mail: YeltsovIN@ipgg.sbras.ru

Проведен параметрический анализ работы скважины и размера зоны ее влияния при добыче в режиме истощения залежи с использованием геомеханико-гидродинамической модели трещиновато-пористого коллектора и гидрогеомеханических данных, полученных в результате моделирования вскрытия бурением на репрессии давления нефтенасыщенного пласта.

Ключевые слова: трещиновато-пористый породный массив, фильтрация, расход скважины.

THE ANALYSIS OF THE WELL DURING PRODUCTION IN THE DEPLETION MODE FOR THE RESERVOIR MODEL OF FRACTURED-POROUS COLLECTOR

Mikhail N. Petrov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D. Student, phone: (383)330-49-53 e-mail: petrovmn.93@mail.ru

Galina V. Nesterova

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Senior Researcher, phone: (383)330-49-53, e-mail: NesterovaGV@ipgg.nsc.ru

Igor N. Yeltsov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, D. Sc., Рrofessor, Director; Novosibirsk State Technical University, 20, Prospect K. Marx St., Novosibirsk, 630073, Russia, Head of Department of Geophysical Systems, phone: (383)333-29-00, e-mail: YeltsovIN@ipgg.nsc.ru

Parametric analysis of the operation of the well and the size of the zone of its influence during production in the depletion mode of the deposit was carried out by using the geomechanical-

hydrodynamic model of a fractured-porous reservoir and hydro-geomechanical data obtained as a result of drilling modeling on the pressure repression of the oil-saturated reservoir.

Key words: fractured porous rock mass, filtration, well flow.

Как правило, в процессе вскрытия продуктивного пласта в прискважинной зоне образуется область необратимых деформаций, когда давление в скважине превышает пластовое давление флюида. Такая область характеризуется пониженной проницаемостью, что оказывает значительное влияние на величину расхода скважины в последующем процессе добычи.

В работах [1, 2] рассматривалась модель двухфазной фильтрации в процессе вскрытия водо-нефтенасыщенного пористого проницаемого коллектора в неравнокомпонентном поле напряжений. На основании простейшего критерия разрушения Треска выделены две зоны деформации.

По результатам моделирования были получены кривые распределения проницаемости K по протяженности пласта для различных геомеханических и гидродинамических параметров. Изменение описывается зависимостью:

K (a, P) = Kq exp[y(a + P)], (1)

где К0 - проницаемость неизмененной части пласта, a - среднее напряжение, P - давление в пласте, у - эмпирическая константа.

При переходе от процесса разбуривания пласта непосредственно к добыче, распределение пластового давления восстанавливается до постоянного значения. Таким образом, исходя из (1), значение проницаемости в упругой зоне возвращается к первоначальному значению, однако в зоне необратимых деформаций проницаемость определена наименьшим значением на радиальном профиле проницаемости. Что касается глинистой корки, которая образуется в присква-жинной зоне при вскрытии пласта и также характеризуется областью пониженной проницаемости, считаем, что она была разрушена в результате перфорации.

На рис. 1 показано начальное распределение проницаемости перед началом добычи. Рассматриваются два случая, когда проницаемость в зоне необратимых деформаций составляет 40 и 80 % от исходной проницаемости коллектора.

В настоящей работе рассматривается модель трещиновато-пористого пласта, основанная на работах [5, 6]. В качестве основных параметров выбраны значения, характерные для месторождений баженовской свиты [7]. Данные о начальном распределении проницаемости получены по результатам моделирования фильтрации при бурении на репрессии (рис. 1).

Характерная особенность нефтяных пластов баженовской свиты - предельно высокое значение нефтенасыщенности, - обосновывает выбор однофазной модели фильтрации, где в качестве фильтруемого флюида рассматривается нефть. Коллекторы баженовской свиты относятся к трещиновато-пористому типу, однако блоки матрицы породы, слагающей пласт, низко непроницаемые, и основное перемещение флюида происходит по системе трещин.

К0(г),Мд

Рис. 2. Начальное распределение проницаемости пласта

Таким образом, для расчета использовались параметры модели, указанные в таблице.

Параметры модели

Радиус скважины г0, м 0.1

Протяженность пласта гь м 100

Плотность, кг/м3 3000

Глубина, м 3000

Вязкость флюида, Па*с 4*10-3

Проницаемость, мД 10 50

Коэффициент Пуассона 0.25

Коэффициент Био 1

Предел прочности, Мпа 12

Пористость, % 10 20

Сжимаемость флюида, 1/Па 10"у

Сжимаемость матрицы, 1/Па 10"10

Сжимаемость трещин, 1/Па 2*10-10

Градиент давления, атм 5 16

На рис. 2 показано распределение пластового давления по простиранию скважины в различные моменты времени. Поскольку скважина функционирует в режиме истощения залежи, то видно, что со временем пластовое давление понижается, при этом скорость фильтрации зависит не только от перепада давления между скважиной и пластом, но и от проницаемости породы: в более проводящем пласте скорость фильтрации выше.

Кроме того, можно отметить, что чем выше перепад давления между пластом и скважиной, тем больше зона влияния скважины, так, если для градиента в 5 атм ее размер около 60 м от ствола скважины, то для 16 атм - около 80 м. Таким образом, можно примерно оценить густоту сети скважин, необходимую для более эффективной добычи.

-I—I-1—I—1-

1

■ 80%

■ 40%

|

Г, М

Рис. 3. Распределение пластового давление по протяженности пласта

в различные моменты времени: 1 - АР = 16 атм; 2 - АР = 5 атм

Рис. 3 иллюстрирует зависимость величины расхода скважины за период добычи длительностью 10 суток.

Рис. 4. Расход скважины для начальной проницаемость 40 % (слева) и 80 % (справа)

Как видно, значительное влияние на величину расхода оказывает распределение проницаемости пласта. Более проницаемый пласт дает большее значение расхода и, кроме того, увеличение проницаемости прискважинной зоны в 2 раза дает практически двойное увеличение расхода.

Также значительную роль в изменении скорости фильтрации играет градиент давления. Как отмечалось ранее, больший перепад давления приводит к большей зоне влияния скважины, что означает увеличенный объем добычи.

Выводы:

По данным численного моделирования процесса добычи из нефтенасы-щенного пласта, на основе модели, описывающей эволюцию гидродинамических полей в окрестности добывающей скважины, функционирующей в режиме истощения залежи, установлено:

- скорость фильтрации и область влияния скважины тем больше, чем выше градиент давления между скважиной и пластом.

- значительное влияние на величину расхода оказывает начальное распределение проницаемости пласта, более проницаемый пласт дает более высокое значение объема добычи.

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ № 16-0500830.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ельцов И. Н., Назарова Л. А., Назаров Л. А., Нестерова Г. В., Соболев А. Ю., Эпов М. И. Скважинная геоэлектрика нефтегазовых пластов, разбуриваемых на репрессии давления в неравнокомпонентном поле напряжений // Геология и геофизика. - 2014. - Т. 55. - № 5-6. - С. 978-990.

2. Ельцов И. Н., Нестерова Г. В., Назаров Л. А., Назарова Л. А. Совместные электрофизические и геомеханические модели нефтенасыщенных коллекторов // Тюмень 2017 : «Геонауки - ключ к рациональному освоению недр»: Материалы 5-ой научно-практической конференции, 27-30 марта 2017, Тюмень - 2017. - С. WL03.

3. Нестерова Г. В., Ельцов И. Н., Соболев А. Ю., Суродина И. В. Атлас синтетических многофизичных моделей коллекторов Западной Сибири [Электронный ресурс] // Геомодель 2017: 19-я конференция по вопросам геологоразведки и разработки месторождений нефти и газа (г. Геленджик, 11-14 сентября 2017 г.): Тезисы докладов. - Геленджик, 2017. - С. 43799 (4 с.).

4. Yeltsov I., Nesterova G., Nazarova L., Nazarov L. Multidisciplinary model of borehole environment and formation évaluation [Электронный ресурс] // The World Multidisciplinary Earth Sciences Symposium - WMESS 2015 (Prague, Czech Republic, 7-11 September 2015): Abstract Collection. - Prague, 2015. - P. 318-318.

5. Назарова Л. А. , Назаров Л. А. Эволюция напряжений и проницаемости трещиновато-пористого породного массива в окрестности добычной скважины // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2016. - № 3. - С. 11-19.

6. Назарова Л. А., Петров М. Н. Эволюция геомеханических и гидродинамических полей в окрестности добывающей скважины в деформируемом трещиновато-пористом породном массиве // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработ-

ки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 3. - С. 221-226.

7. Лазеев А. Н., Кашик А. С., Билибин С. И., Валова Л. В., Калмыков Г. А., Бачин С. И., Дьяконова Т. Ф., Исакова Т. Г., Юканова Е. А. Основные проблемы изучения отложений Ба-женовской свиты // Геофизика. - 2015. - № 3. - С. 2-4.

8. Chen D., Pan Z., Ye Z., Hou B., Wang D., Yuan, L. A unified permeability and effective stress relationship for porous and fractured reservoir rocks // Journal of Natural Gas Science and Engineering. - 2016. - Vol. 29 - P. 401-412.

9. Saurabh S., Harpalani S. Stress path with depletion in coalbed methane reservoirs and stress based permeability modeling // International Journal of Coal Geology. - 2018. - Vol. 185. -P. 12-22.

10. Cui G., Liu J., Wei M., Shi R., Elsworth D. Why shale permeability changes under variable effective stresses: New insights // Fuel. - 2018. - Vol. 213. - P. 55-71.

11. Ghabezloo S., Sulem J., Guedon S., Martineau F. Effective stress law for the permeability of a limestone // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. - 2009. - Vol. 46. -P. 297-306.

12. Li M., Yin G., Xu J., Cao J., Song Z. Permeability evolution of shale under anisotropic true triaxial stress conditions // International Journal of Coal Geology. - 2016. - Vol. 165. - P. 142148.

13. Chen D., Pan Z., Ye Z. Dependence of gas shale fracture permeability on effective stress and reservoir pressure: Model match and insights // Fuel. - 2015. - Vol. 139. - P. 383-392.

14. Sulem J, Ouffroukh H. Hydromechanical behaviour of Fontainebleau sandstone. // Rock Mech Rock Eng - 2006. - Vol. 39. - P. 185-213.

15. Wang S., Ma M., Ding W., Lin M., Chen S. Approximate Analytical-Pressure Studies on Dual-Porosity Reservoirs With Stress-Sensitive Permeability. // SPE Reservoir Evaluation & Engineering. - 2015. - Vol. 18. - P. 523-533.

REFERENCES

1. El'cov I. N., Nazarova L. A., Nazarov L. A., Nesterova G. V., Sobolev A. Yu., Epov M. I. Skvazhinnaya geoelektrika neftegazovyh plastov, razburivaemyh na repressii davleniya v neravnokomponentnom pole napryazhenij // Geologiya i geofizika. - 2014. - T. 55. - № 5-6. -S. 978-990.

2. El'cov I. N., Nesterova G. V., Nazarov L. A., Nazarova L. A. Sovmestnye elektrofizicheskie i geomekhanicheskie modeli neftenasyshchennyh kollektorov // Tyumen' 2017 : «Geonauki - klyuch k racional'nomu osvoeniyu nedr»: Materialy 5-oj nauchno-prakticheskoj konferencii, 27-30 marta 2017, Tyumen' - 2017. - S. WL03.

3. Nesterova G. V., El'cov I. N., Sobolev A. Yu., Surodina I. V. Atlas sinteticheskih mnogofizichnyh modelej kollektorov Zapadnoj Sibiri [Elektronnyj resurs] // Geomodel' 2017: 19-ya konferenciya po voprosam geologorazvedki i razrabotki mestorozhdenij nefti i gaza (g. Gelendzhik, 11-14 sentyabrya 2017 g.): Tezisy dokladov. - Gelendzhik, 2017. - S. 43799 (4 c.).

4. Yeltsov I., Nesterova G., Nazarova L., Nazarov L. Multidisciplinary model of borehole environment and formation evaluation [Elektronnyj resurs] // The World Multidisciplinary Earth Sciences Symposium - WMESS 2015 (Prague, Czech Republic, 7-11 September 2015): Abstract Collection. - Prague, 2015. - P. 318-318.

5. Nazarova L. A., Nazarov L. A. Evolyuciya napryazhenij i pronicaemosti treshchinovato-poristogo porodnogo massiva v okrestnosti dobychnoj skvazhiny // Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh. - 2016. - № 3. - S. 11-19.

6. Nazarova L. A., Petrov M. N. Evolyuciya geomekhanicheskih i gidrodinamicheskih polej v okrestnosti dobyvayushchej skvazhiny v deformiruemom treshchinovato-poristom porodnom massive // Interekspo GE0-Sibir'-2017. XIII Mezhdunar. nauch. kongr. (g. Novosibirsk, 17-21

aprelya 2017): Mezhdunar. nauch. konf. Y'Nedropol'zovanie. Gornoe delo. Napravleniya i tekhnologii poiska, razvedki i razrabotki mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. Ekonomika. Geoekologiya\": Sbornik materialov v 4 t. - 2017. - T. 3. - S. 221-226.

7. Lazeev A. N., Kashik A. S., Bilibin S. I., Valova L. V., Kalmykov G. A., Bachin S. I., D'yakonova T. F., Isakova T. G., Yukanova E. A. Osnovnye problemy izucheniya otlozhenij Bazhenovskoj svity // Geofizika. - 2015. - № 3. - S. 2-4.