CC BY
13МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БАЖЕНОВСКУЮ СВИТУ С УЧЕТОМ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Н.Н. Диева, М.Н. Кравченко, Н.М. Дмитриев, А.В. Мурадов, Сун Баоджанг, Сян Хуа РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, Москва, e-mail: dep.ngipg@yandex.ru
Исследованиям воздействий на баженовскую свиту и моделированию этих процессов посвящено большое количество работ, значительная часть которых проведена в 20-м столетии. Опыт разработки месторождений баженовской свиты показал успешное совмещение тепловых, волновых и химических методов воздействия на залежи для извлечения высоковязких нефтей за счет улучшения фильтрационно-емкостных свойств коллектора и увеличения подвижности насыщающих его флюидов.
Одним из основополагающих качеств баженовской свиты является её принадлежность к особенному классу трудноизвлекаемого сырья, из которого складывается огромный объем мировых запасов углеводородов, а также потенциальных запасов углеводородов России, а именно запасов, сосредоточенных в керогеносодержащих коллекторах. В эту группу входят сланцевые месторождения, месторождения баженовской и других неф-тегазоматеринских свит. Особенность рассматриваемых залежей состоит в том, что содержащийся в составе их пласта (в твердой фазе) кероген обладает нефтегенерационным потенциалом, за счет которого он способен преобразовываться в подвижные углеводороды при искусственном внешнем воздействии. Таким образом, главной задачей при разработке обсуждаемого класса месторождений является добыча их потенциальных запасов, сокрытых в керогене и не учтенных при подсчете геологических запасов.
Для получения углеводородов из органического вещества керогена необходимо дополнительное внешнее воздействие на керогеносодержащую породу, которое, по [1, 2], возникает в условиях повышенной температуры в пласте (порядка 300-520 °С), а также при наличии в структуре порового пространства системы трещин, обеспечивающих пути миграции образующихся продуктов разложения керогена [1, 3-4]; в противном случае генерация жидких углеводородов из керогена тормозится, вне зависимости от уровня температур [3] и давлений [4]. В то же время в ряде работ [3, 5-6] отмечается факт формирования или увеличения размеров и количества миграционных каналов и пор в результате термического воздействия на керогеносодержащие породы. Обобщение результатов исследований в этой области [8, 10] показывает, что процесс преобразования органического
вещества керогена безусловно связан с термодинамическими условиями (температурой, скоростью нагревания, размерами формаций керогена, наличием кислорода в составе ке-рогеносодержащих пород и др.) и, в зависимости от них, может протекать по-разному.
В настоящее время в мировой практике реализуются в основном тепловые методы воздействия на керогеносодержащие породы, сочетаемые с гидроразрывом пласта и бурением горизонтальных скважин. Главной задачей данных методов является разогрев пород и увеличение их пропускной способности. В России наиболее перспективным считается термогазовый метод, применяемый на залежах баженовской свиты. Метод сопоставим с внутрипластовым горением, но вместо процессов горения в нем реализуются реакции низкотемпературного окисления. Все применяемые технологии в большей или меньшей степени могут сопровождаться процессами генерации углеводородов из керогена. Однако нередко авторы при описании сути технологии основное внимание уделяют добыче малоподвижных углеводородов, сосредоточенных в низкопроницаемой матрице рассматриваемого типа пород, а не процессам генерации. Данная ситуация вытекает из проблемы гидродинамического описания фильтрации в условиях керогеносодержащих коллекторов.
Математическое описание многофазной фильтрации в керогеносодержащих коллекторах, организованной в ходе разработки с применением какого-либо метода, осложняется ввиду необходимости учета особенностей состава пород и протекающих в них процессов, таких как приток подвижной фазы, увеличение объема порового пространства, изменение фильтрационно-емкостных свойств и термодинамического состояния системы в целом за счет поглощения и выделения энергии при физико-химических реакциях перехода керогена в углеводороды и др. Целью авторов настоящего исследования являлось создание математической модели многофазной фильтрации в сложнопостроенном анизотропном пласте, которая бы учитывала наличие в нем физико-химических реакций и дополнительного притока углеводородов за счет генерации их из керогена.
При анализе имеющихся результатов промысловых и численных исследований выявлено отсутствие единого представления о кинетике нефтегенерационных реакций. На первом этапе была построена изотермическая модель многофазной фильтрации с кинетикой химической реакции, качественно задающей переход керогена в жидкие углеводороды путем ввода в модель химически активного агента, обеспечивающего запуск реакции разложения керогена [7]. В качестве тестового анализа было проведено сравнение результатов фильтрации в керогеносодержащем пласте в присутствии процессов генерации (рис.
1, задача 3) и без них (рис. 1, задача 2). На данном этапе модель также позволила проанализировать особенности фильтрации в условиях увеличения пористости, а также дополнительного притока нефти.
Рис. 1. Динамика изменения удельного расхода флюидов на нагнетательной и добывающей скважинах в разных задачах
Достаточно обширный блок входных параметров модели позволил выявить эффекты взаимосвязи получаемых в результате воздействия (способа разработки) промысловых выходных данных (суммарный объем дополнительного притока, время его достижения, расход вложений) с параметрами, отражающими свойства пласта (например, нефтегене-рационный потенциал керогена) и процесса флюидовытеснения (например, скорости продвижения фронта фаз) [7]. В частности, были определены зависимости времени разложения всей массы керогена, что соответствует реализации полного потенциала керогена, а также количества нужных для этого поровых объемов модельного образца от параметра кинетики, т. е. от скорости процессов разложения и от скорости закачки. На рис. 2 приведена зависимость необходимых для полного разложения поровых объемов вытесняющей жидкости от скорости фильтрации для разных величин кинетической константы.
Рис. 2. Взаимосвязь количества прокаченных поровых объемов вытесняющей жидкости с кинетической константой и скоростью фильтрации
Рис. 3. Динамика изменения полей распределения пористости и проницаемости в расчете, моделирующем химическое воздействие на баженовскую свиту
Динамика изменения порового пространства отслеживалась в виде изменяющихся полей распределения пористости и проницаемости. На рис. 3 приведены результаты моделирования химического воздействия на баженовскую свиту. Модель включает два про-пластка разной проницаемости и одинаковой пористости; кроме этого, в составе верхнего слоя присутствуют керогеновые включения, с которыми реагирует химическое вещество,
заставляя их разлагаться на подвижные углеводороды. Процесс разложения твердой фазы (керогена) приводит к увеличению пористости и, следовательно, проницаемости. Согласно результатам работ [3, 4], в модели принято скачкообразное увеличение проницаемости до значений, соответствующих порядку проницаемости трещин.
Результаты моделирования показали качественное совпадение с результатами реального промыслового эксперимента. Обоснован стадийный подход к анализу моделируемого технологического процесса. На основе обобщения результатов теоретических, экспериментальных и промысловых исследований по волновому, тепловому и взрывному воздействиям на кероген обоснована возможность эффективного применения методов термогазохимического воздействия на керогеносодержащие пласты типа баженовской свиты [9].
Настоящая работа является обобщением проблемы выбора метода воздействия на месторождения нетрадиционных углеводородов с использованием термохимических технологий, а также результатов совместных обсуждений данной проблемы авторами статьи и исследователями Нефтяного университета Китая (China University of Petroleum).
Исследования выполнялись на кафедре нефтегазовой и подземной гидромеханики РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нестеров И.И., Симоненко Б.Ф., Ларская Е.С., Калинко М.К., Рыльков А.В. Влияние температуры на количество и состав нафтидов при катагенезе ОВ (по экспериментальным данным) // Геология нефти и газа. - 1993. - № 11. - С. 26-30.
2. Баженова О.К., Бурлин Ю.К.., Соколов Б.А., Хаин В.Е. Геология и геохимия нефти и газа. - М.: Изд-во Моск. ун-та; Изд. центр «Академия», 2004. - 415 с.
3. Коровина Т.А., Кропотова Е.П., Гультяев С.В. и др. Генетические аспекты формирования баженовской свиты и критерии прогноза ее промышленной продуктивности // Нетрадиционные ресурсы углеводородов: распространение, генезис, прогнозы, перспективы развития: материалы Всерос. конф. с междунар. участием, 12-14 нояб. 2013 г. - М., 2013. - С. 116-119.
4. Нестеров И.И., Симоненко Б.Ф., Ларская Е.С., Калинко М.К., Рыльков А.В. Влияние геостатического давления на образование углеводородных флюидов в процессе тер-
мокатализа ОВ (по экспериментальным данным) // Геология нефти и газа. - 1993. -№ 12. - С. 22-25.
5. Каюкова Г.П., Киямова А.М, Косачев И.П. и др. Состав продуктов гидротермальной деструкции органического вещества доманиковых пород // Нетрадиционные ресурсы углеводородов: распространение, генезис, прогнозы, перспективы развития: материалы Всеросс. конф. с междунар. участием, 12-14 нояб. 2013 г. - М., 2013 -С. 91-94.
6. Вольф А.А., Петров А.А. Особенности инициирования процесса внутрипластового горения в низкопроницаемых керогеносодержащих породах // Нефт. хоз-во. - 2006. -№ 4. - С. 56-58.
7. Вольпин С.Г., Диева Н.Н., Кравченко М.Н. Построение модели процесса разработки керогеносодержащего коллектора // Повышение эффективности разработки нефтяных месторождений: сб. науч. тр. ОАО «Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт им. акад. А.П. Крылова». - 2010. - Вып. 143. - С.78-85.
8. Вольпин С.Г., Саитгареев А.Р., Смирнов Н.Н., Кравченко М.Н., Корнаева Д.А., Диева Н. Н. Перспективы применения волновой технологии термогазохимического воздействия для повышения нефтеотдачи пластов // Нефт. хоз-во.- 2014.- №1.- С. 62- 66.
9. Dieva N.N., Dmitriev N.M., Kravchenko M.N., Muradov A.V. Possibility of kerogen décomposition using termo-gas wave stimulation in Bazhenov formation // Российская нефтегазовая техническая конференция SPE (6-28 окт., 2015). - М., 2015. - 9 с. -SPE-176705-MS.
10. Прохоров А.А., Кравченко М.Н., Диева Н.Н. Тепловое воздействие на пласты методом циркуляционной закачки теплоносителя в горизонтальные нагнетательные скважины // Газовая пром-сть. - 2016. - № 5/6. - С. 74-78.
