Оценка проницаемости пласта по данным микрозонда (micr) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.820.7 А.И. Макаров

РНЦ Baker Atlas, Новосибирск; НГУ, Новосибирск А.А. Кашеваров

ИГиЛ, Новосибирск; РНЦ Baker Atlas, Новосибирск И.Н. Ельцов

ИНГГ, Новосибирск; РНЦ Baker Atlas, Новосибирск

ОЦЕНКА ПРОНИЦАЕМОСТИ ПЛАСТА ПО ДАННЫМ МИКРОЗОНДА (MICR)

A.I. Makarov1 2, A.A. Kashevarov3', I.N. Yeltsov4 1

1 Baker Atlas Russian Science Center,

Kutateladze st., 4a, Novosibirsk, 630128, Russian Federation

2 Novosibirsk State University

Pirogova st., 2, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

3 Lavrentyev Institute of Hydrodynamics

Lavrentyeva av., 15, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

4 Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics Koptyuga st., 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

ESTIATION OF PERMEABILITY USING ELECTRICAL MICROLATEROLOG DATA (MICR)

Invaded zone forms as a result of mud filtrate injection into formation during the drilling. Mud penetration dynamics is determined by mudcake build-up process. Mudcake thickness can be determined from the results of 1D inversion of microlaterolog data (MICR). MICR data was measured in the well from Baker Experimental Test Area (BETA). The 1D approximate axisymmetric model of formation fluid removing is developed for determining the hydrophysical properties of formation. This model based on relation between mudcake thickness and mud filtrate volume, invaded into formation. Permeability of BETA water saturated reservoir was estimated using this hydrodynamic model.

Зона проникновения образуется в результате внедрения фильтрата бурового раствора в пласт в процессе бурения, что приводит к оттеснению от скважины пластовых флюидов. Динамику проникновения бурового раствора и объем фильтрата, проникшего в пласт, определяет процесс образования глинистой корки. Для определения фильтрационно-емкостных параметров пласта было предложено и алгоритмически реализовано приближенное аналитическое решение для определения проницаемости на основе одномерной осесимметричной модели вытеснения пластовых флюидов [1]. В этой модели рассматривается зависимость толщины глинистой корки от объема фильтрата, проникшего в пласт.

Одномерная модель образования зоны проникновения описывает распределение гидрофизических характеристик по радиусу в бесконечном пласте. При этом перетоки фильтрата бурового раствора между пластами, сила тяжести и капиллярные силы не учитываются. Модель адекватно описывает процесс в середине достаточно мощных (> 1 м) слоев. Проникновение фильтрата бурового раствора описывается уравнениями переноса твердой и жидкой фазы, с учетом того, что твердая (глинистая) фракция полностью

остается на внешней стенке скважины, а жидкая фаза проникает в пласт. Эта модель подробно рассмотрена в работах [1, 2]. В этой работе получена аналитическая модель для определения проницаемости и опробована на экспериментальных данных.

Система уравнений, описывающих одномерную осесимметричную модель:

p = Qln(L/r)/k0; Rb < r < L(t); (1.1)

qRb = Q = -k0Pr \r=Rb =b(Pb —p \r=Rb )> b = (b0-1 + d/kC)—1 P\Lr = 0 p\t=0 = 0; (1.2)

Rb

dt =a4Rb -gvbr> d(0)=0, (1.3)

a = 8/(1 - 8)/(1 - me). (1.4)

m = m0 +ep (1.5)

Здесь k0 =k /m - подвижность фильтрата бурового раствора в пласте, k -проницаемость пласта, ^ - вязкость фильтрата; Q - расход фильтрата, q -скорость проникновения фильтрата в пласт, p(r, t) - превышение давления над начальным пластовым, d(t) - толщина глинистой корки, r - расстояние по радиусу, Rb - радиус скважины, L(t) - переменный радиус влияния скважины, то - пористость пласта при отсутствии превышения давления, s - упругоемкость

k 0 = k / и

пласта, у - параметр смыва частиц с поверхности корки; me, c c ^ -пористость и подвижность фильтрата бурового раствора в глинистой корке, kc -проницаемость глинистой корки, 8 - объемная доля глинистых частиц в буровом растворе, vbr - вертикальная скорость течения бурового раствора в затрубном пространстве скважины. В знаменателе выражения, определяющего параметр в, стоит сумма фильтрационных сопротивлений внутренней корки bo1 (кольматация порового пространства в начальный момент вскрытия пласта) и

внешней глинистой корки d ^kc. Вязкость фильтрата m считается известной величиной, равной 1 сП. Определив подвижность фильтрата в пласте можно вычислить абсолютную проницаемость пласта. Радиус L(t) определяется из балансового соотношения, которое связывает объем фильтрата V с изменением объема флюида в пласте

t L(t) L(t)

V(t) = ¡Qdt =e jrpdr = jr(m — m0 )dr. (16)

0 Rb Rb

T

Из (1.3) следует связь объема фильтрата V(T) = JQ(t)dt и толщины корки d(T)

0

связаны:

V(T) = Rb (d(T) + gjvbr (t)dt) / a. (1.7)

0

Положив, что величина R-bkc ПL/Rb) » const, выразив уравнения (1.1-1.4) и

k = F (L, d) =

тЛК1п ' ь_Л Rъ К ъ ( 1 - ехр< ^ъг кСаРъ к°аРъ \ > )

КаРъ - ^ъА - - (ксаРЬ - ^ьХК1) ЄХР< Уг кСаРъ к°аРъ _

. (1.8)

[2]:

Для оценки радиуса влияния скважины воспользуемся формулой, приведенной работе

V = т^(L2 /4- Щ /4 -Яь2 ln(L/Rb)/2)/k.

v¿ ш(L/'Rb)/2]/к. (1.9)

Подставим соотношения (1.1) и (1.7) при г = Rb в (1.2) и, выразив из него Q, получим:

Р^К

е=

aV kc

— + — ^ р о

т м>ч у1+kcRbkо11п

ґ ЬЛ

(1.10)

Из выражения (1.9), выразим квадратичный множитель Ь2/4, после чего, подставив (1.10) получим соотношение для определения радиуса влияния скважины на момент времени Т:

L = G(K,L,d) = 2

k оV

' Ь_ ЛЛ ^ь ,,

V/

^2

4

+ -^ + ^Ы

L

.(1.11)

Здесь V - объем фильтрата бурового раствора, проникшего в пласт, который можно оценить из соотношения (1.7) на момент времени Т. В выражении (1.11) логарифмический сомножитель 1п( L/Rb) слабо влияет на значение функции G(K, Ь, ф. Выражения (1.8) и (1.11) представляют собой зависимость проницаемости от толщины глинистой корки на момент измерения её толщины. Для определения проницаемости применим простой итерационный процесс

(п - номер итерационного шага):

кП F(Ьп ф, Ьп + 1 Ьп $).

(1.12)

Радиус влияния скважины в зависимости от проницаемости пласта варьирует в пределах от 10 м - для плохо проницаемых (1 мД), до 200-300 м -хорошо проницаемых (> 100 мД). Вариации величины L слабо влияют на аналитическое решение для проницаемости k. Итерационный процесс (1.12) для выражений (1.8) и (1.10) сходится за несколько шагов.

Для определения проницаемости используется ряд параметров, которые можно разделить на несколько категорий.

1. Первая - гидрофизические параметры пласта (проницаемость,

пористость, упругоемкость пласта).

2. Вторая категория - параметры глинистой корки, которые делятся на известные (толщина) и неизвестные (пористость, проницаемость внешней глинистой корки, фильтрационное сопротивление внутренней корки).

3. Третья категория - гидротехнические параметры скважины, известные: доля глинистых частиц в буровом растворе, радиус скважины, время воздействия скважины на пласт; неизвестные - давление на стенке скважины; скорость циркуляции бурового раствора в затрубном пространстве; параметр смыва глинистой корки.

Неизвестные параметры третьей группы можно оценить по данным геолого-технологических исследований. Кроме того, для всех прослоев, слагающих интервал коллектора, в одной скважине подбираются одни и те же параметры глинистой корки, гидротехнические характеристики. Основным критерием выбора неизвестных параметров является область вариаций толщины глинистой корки (1-10 мм) и проницаемости (1-100 мД).

Для оценки проницаемости были использованы измерения электрического микрокаротажа (MICR) на полигоне Baker Experimental Test Area (BETA, Оклахома, США) в скважине BHN-2.

Оценка достоверности результатов расчета сделана на основе анализа толщины глинистой корки по измерениям данных MICR в скважине BH-N-2 полигона BETA. По результатам инверсии MICR и другим данным геофизических исследований, проведенных в этой скважине были выявлены интервалы коллекторов. На рис. 1, 2 приведены результаты расчета

проницаемости по толщине глинистой корки, измеренной во время каротажа.

590 595 600 605 610 615 620 625 630

Глубина, м

— Проницаемость -----------Толщина глинистой корки А Проницаемость по керну

Рис. 1. Толщина глинистой корки на интервале первого коллектора (590-630 м) (результат инверсии данных MICR), проницаемость (рассчитанная по приближенному решению), проницаемость по керну

1 1П

.2 1 “ 5 9 -а 8 -9 7

о 6

О и О 5 -5 X 4

, і

5 Ц 3 І4 'I

с ° се 2 (іІІГ

I 11- Ч ^ \ Ж .

\ ] /I Л Л Л Л47* А ^ 1/и Мі

Н 915 920 925 930 935 94

200 180 □

160 ■о О

140 I 5

120 Ґ ы

100 го г

80 О п

60 ч Г

40 £

20

Проницаемость

Глубина, м

Толщина глинистой корки А Проницаемость по керну

Рис. 2. Толщина глинистой корки на интервале второго коллектора (915-940 м) (результат инверсии данных MICR), проницаемость (рассчитанная по приближенному решению), проницаемость по керну

Для интервалов коллекторов 590-630 м и 915-940 м параметры глинистой корки скважины постоянны за исключением превышения давления и времени воздействия. На некоторых интервалах проницаемость составляет больше 100 мД. На этих участках толщина глинистой корки для выбранных параметров модели больше максимального значения и проницаемость может быть определена только качественно. Для представленных интервалов (рис. 1, 2) наблюдается соответствие значений проницаемости, измеренной по образцам керна, с проницаемостью, оцененной по толщине глинистой корки.

Для оценки проницаемости была разработана простейшая гидродинамическая модель формирования зоны проникновения с учетом роста глинистой корки и её смыва. При сравнении результатов петрофизических исследований керна с расчетными значениями проницаемости пласта было установлено хорошее соответствие этих значений. В ходе проведения работы получены следующие выводы.

1. С помощью предложенной модели можно точно разделить коллектор на плохо, средне и хорошо проницаемые прослои. Оценка проницаемости дает хорошее соответствие в диапазоне значений от 1 до 100 мД. При очень большой толщине глинистой корки можно качественно указать на то, что представленный интервал - хорошо проницаемый пласт (> 100 мД).

2. Предложенное аналитическое решение для определения подвижности позволяет очень быстро оценить проницаемость коллектора и модель глинистой корки (пористость, проницаемость, фильтрационное сопротивление зоны кольматации).

3. В настоящее время для определения проницаемости используется

целый комплекс каротажа, включающий в себя электромагнитный, электрический, ядерный и акустический методы. Представленная методика позволяет оценить значение проницаемости только по измерениям толщины глинистой корки. Это существенно повышает значение методов определения толщины глинистой корки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кашеваров А.А., Ельцов И.Н., Эпов М.И. Гидродинамическая модель формирования зоны проникновения при бурении скважин // ПМТФ. - 2003. -Т. 44. - № 6. -С.148-157.

2. Макаров А.И. Определение объема фильтрата бурового раствора по данным кавернометрии // Геофизический вестник. - 2007. - № 11. - С. 7-11.

© А.И. Макаров, А.А. Кашеваров, И.Н. Ельцов, 2008