Определение анизотропии проницаемости нефтяного пласта на разных стадиях разработки месторождения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 622.32 К.О. Исказиев ТПУ, Томск

П.П. Кибиткин, В.П. Меркулов АО «РД "КазМунайГаз"», Астана

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНИЗОТРОПИИ ПРОНИЦАЕМОСТИ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Оценка и учет характеристик фильтрационной анизотропии нефтяных коллекторов необходимы для построения адекватной гидродинамической модели месторождения и, соответственно, для оптимизации мероприятий по эффективной эксплуатации нефтяных месторождений. Поскольку пространственная анизотропия фильтрационных свойств коллекторов выражается в неодинаковом распределении проницаемости в различных направлениях, то наличие фильтрационной анизотропии коллекторов проявляется в существовании преимущественных направлений внутри- и межпластовых перетоков флюидов [1].

В настоящее время основным методом определения анизотропии проницаемости является гидропрослушивание, которое позволяет определять как ориентацию, так и величину анизотропии [2]. Однако, гидропрослушивание - это дорогостоящая, очень длительная в случае низкопроницаемых нефтяных коллекторов процедура, которая чаще всего не применяется. По этой причине весьма необходимой представляется некая другая методика, которая была бы доступной, простой и недорогостоящей.

Данные каротажных исследований, исследований керна, гидродинамического моделирования и истории параметров разработки, как правило, доступны. Цель настоящего исследования состоит в разработке методики определения ориентации и величины анизотропии с использованием этих данных.

Для решения данной задачи были использованы материалы по одному из месторождений Западной Сибири. Нефтеносный пласт представляет собой юрское баровое песчаное тело, сформированное в прибрежно-морской обстановке осадконакопления. Такие песчаные тела, как правило, анизотропны ввиду предпочтительной ориентации зерен кварца, обусловленной волно-прибойной деятельностью моря.

Образцы керна, извлеченного из одной из скважин, были ориентированы в пространстве и подвергнуты детальному литологическому анализу [3]. Согласно сделанному анализу, тело пласта в основном сформировано аркозовыми и мезомиктовыми песчаниками, которые обнаруживают значительную степень предпочтительной ориентации зерен кварца. На микроскопическом снимке (рис.1,б), полученном на ориентированном керне, можно видеть, что большая часть частиц ориентирована в северо-восточном направлении. Диаграмма на рис.1,а представляет распределение ориентировок зерен кварца.

6) Предпочтительная ориентация зерен ■)

Рис. 1. Анизотропная литологическая характеристика коллектора (а -распределение ориентировки зерен кварца, б - микрофотография фрагмента керна, в - схематическая ориентация зерен кварца)

Среднее арифметическое распределение для всех образцов имеет бимодальный характер. Полученное распределение было аппроксимировано эллипсом. Таким образом, наиболее вероятная ориентация анизотропии в данной части пласта - северо-восточная, с азимутом 38 градусов.

Для определения площадного распределения проницаемости использовались данные ГИС по 18 соседним скважинам. В частности, для определения проницаемости были использованы материалы акустического, нейтронного, гамма- и ПС-каротажа. Вычисленные таким образом значения проницаемости были использованы для картирования проницаемости. На рис. 2 показано распределение проницаемости в верхней части пласта. Это наиболее проницаемая часть пласта с проницаемостью в десятки и сотни миллидарси.

Верхняя высокопроницаемая часть пласта

N - к

Рис.2. Распределение проницаемости коллектора по данным керна и ГИС (толщина пласта 2 м, вертикальная шкала - диапазон изменений проницаемости, единицы измерения - миллидарси)

Можно видеть, что распределение проницаемости имеет упорядоченный характер, так как большая часть изолиний ориентирована в северо-восточном направлении. Азимут составляет в среднем 40 градусов. Справедливо заключить, что в высокопроницаемой части пласта ориентация изолиний хорошо согласуется как с геологическими, так и с литологическими фактами. По сути, она идентична ориентации древней береговой линии, определяемой из геологической модели, и предпочтительной ориентации зерен кварца из литологического анализа. Таким образом, из площадного распределения проницаемости можно определить ориентацию анизотропии.

Следующая задача - определение величины анизотропии. Для этого имеется два источника данных. Первый источник информации - измерения проницаемости на ориентированном керне. Данный источник доступен на начальной стадии разработки месторождения сразу после бурения скважин. Второй источник информации - гидродинамическое моделирование с переменной величиной анизотропии проницаемости и сравнение результатов моделирования с данными исторических показателей разработки. Для этого анализа необходимы данные по обводненности продукции после прорыва воды ввиду того, что время прорыва воды является наиболее надежным индикатором анизотропии проницаемости. По этой причине данный анализ доступен на средней или завершающей стадии разработки месторождения.

Для определения анизотропии по образцам керна необходимо иметь ориентированный керн. Для этого применяется достаточно простой и надежный палеомагнитный метод. После ориентации керна необходимо определить направления максимальной и минимальной проницаемости. Это можно осуществить на основе картирования проницаемости, о чем упоминалось ранее. Далее, из керна в двух взаимно перпендикулярных направлениях выпиливаются образцы для измерения проницаемости. Соотношение максимального и минимального значений проницаемости дает величину проницаемости. Такие измерения были проведены на тех самых образцах ориентированного керна, которые были использованы при исследованиях литологии. Так, во всех образцах керна установлена величина анизотропии больше единицы, которая достигает 7. Однако, в большинстве случаев величина анизотропии находится между единицей и двумя. Среднее арифметическое значение величины анизотропии составляет 1.64.

Другой способ определения величины анизотропии - сравнение исторических и расчетных показателей обводненности продукции. На момент исследования в группе изученных скважин, состоящей из одной нагнетательной и шести добывающих скважин, прорыв воды уже произошел ко всем добывающим скважинам. Для целей исследования координатная сетка модели была переориентирована с учетом определенной ранее ориентации анизотропии. После переориентации координатной сетки был

произведен расчет обводненности продукции по скважинам с различной величиной анизотропии. В данном расчете проницаемость в каждой ячейке удерживалась постоянной для того, чтобы не изменить начальное распределение проницаемости. В качестве единственного переменного параметра задавали соотношение максимальной и минимальной проницаемости, т.е. величины анизотропии. После моделирования были сравнены расчетные результаты с фактическими показателями истории разработки. Разница в модельных и реальных данных означает накопленную относительную погрешность в оценке обводненности продукции. Для трех исследованных скважин получена величина анизотропии, при которой обеспечивается минимальная погрешность в определении обводненности продукции относительно истории разработки. Эти значения равны 1.69, 1.52 и 1.96. Среднее значение составляет 1.71, что близко к значениям, оцененным на образцах керна.

Анализ результатов расчета и исторических показателей обводненности продукции по ряду скважин не дал идеального совпадения по обводненности ввиду того, что модель не была предварительно адаптирована по какому-либо параметру. Однако анизотропная модель с заданной величиной анизотропии 1.72 дает более близкие к истории результаты по сравнению с изотропной моделью.

На рис. 3 приведено сравнение характера заводнения, оцененного на основе исторических и расчетных данных.

Верхняя карта была построена по данным обводненности продукции по скважинам за последние месяцы добычи. На нижних картах показан характер заводнения из расчетов по изотропной и анизотропной модели с величиной анизотропии 1.72. Можно видеть, что характер заводнения согласно историческим показателям имеет эллиптическую форму и ориентирован в северо-восточном направлении. Это подтверждает присутствие анизотропии проницаемости в пласте и ее северо-восточную ориентацию. Изотропная модель дает почти круглую форму фронта заводнения. Анизотропная модель дает эллиптический фронт, который представляется более приближенным к реальной ситуации. Таким образом, определение анизотропии горизонтальной проницаемости вполне осуществимо путем сравнения исторических показателей и результатов моделирования.

Характер .

заводнения ,■ пласта: .

___ Y__ . ___ -V_ ,

б) Изотропная модель в) Анизотропная модель

(UW1.0) (UW1 72)

Рис. 3. Сравнение характера заводнения продуктивного пласта по реальным (верхний рисунок,а) и модельным данным с учетом изотропной (б) и анизотропной (в) моделей (вертикальная шкала - диапазон изменений заводненности в относительных единицах)

Обобщая результаты исследования, мы можем предложить следующую методику определения анизотропии горизонтальной проницаемости. На начальной стадии разработки месторождения, когда отсутствует история обводненности продукции, необходимо использовать каротажные данные и ориентированный керн. Ориентация анизотропии определяется на основе картирования проницаемости, величина анизотропии определяется на основе измерений проницаемости керна.

На завершающей стадии разработки месторождения, когда прорыв воды к добывающим скважинам произошел, необходимо использовать те же каротажные данные и данные по обводненности продукции. Каротажные данные используются для определения ориентации анизотропии. Затем путем сравнения расчетных и исторических величин обводненности продукции по скважинам определяется величина анизотропии.

Предлагаемая методика для определения анизотропии горизонтальной проницаемости, могла бы найти следующие области применения. Во-первых, она может использоваться для построения уточненной гидродинамической модели с возможностью дальнейшей адаптации по величине анизотропии. Во-вторых, уточненная модель могла бы быть полезной для таких целей управления разработкой, как оптимизация заводнения, оптимизация сетки скважин, бурение дополнительных скважин, задание азимута горизонтальных скважин, выбор кандидатов для проведения ГРП. В данных областях информация об анизотропии горизонтальной проницаемости традиционно востребована.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ramey, H.J. Interference Analysis for Anisotropic Formations - A Case History.// J.Petrol.Tech. (Oct.1975).- P.1290-1298; Trans., AIME, 259.

На основе

показателей

разработки

2. Papadopulos, I.S. Nonsteady Flow to a Well in an Infinite Anisotropic Aquifer.// Dubrovnik Symposium on the Hydrology of Fractured Rocks. - Dubrovnik, Yugoslavia, 1965.

3. Меркулов В.П., Александров Д.В., Краснощекова Л.А. и др. Методика и результаты изучения анизотропии верхнеюрских коллекторов. / В кн.: Геофизические методы при разведке недр и экологических исследований. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003.-С.114-119.

© К.О. Исказиев, П.П. Кибиткин, В.П. Меркулов, 2006