CC BY
127
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 Геология Вып. 4 (13)
ГЕОЛОГИЯ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
УДК 553.98:622.276.031:550.832
Проблема исследования гидродинамической связности геологических тел и методы ее решения
Б.В. Косков, В.Н. Косков, [Ю.В.Шурубор
Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: geophysic@psu.ru
(Статья поступила в редакцию 20 мая 2011 г.)
Рассмотрены вопросы изучения гидродинамической связности конкретных геологических тел на разных иерархических уровнях системы (залежь, подсчётный объект, пласт) с использованием геофизических и гидродинамических данных при моделировании пространственных закономерностей изменения гидродинамических параметров.
Ключевые слова: залежь нефти и газа, иерархия уровней геологической системы, гидродинамическая связность геологических тел.
По мере выделения в отдельную науку и развития нефтегазовой геологии перед геологами-нефтяниками все чаще возникает одна трудноразрешимая проблема. Эта проблема - изучение гидродинамической связности геологических тел (ГСГТ), прослеживаемой на самых разных иерархических уровнях земной коры - от уровня штуфа до уровня осадочного чехла. Причем проблема ГСГТ является специфической, поскольку наиболее часто возникает именно в геологии нефти и газа. Конечно, данная проблема стоит и перед специалистами-гидрогеологами, но круг вопросов, решаемых в рамках проблемы ГСГТ гидрогеологами вне связи с нефтегазогеологическими задачами, за немногими исключениями (гидрогеология современных и древних областей магматической деятельности), существенно уже круга вопросов, решаемых в связи с нефтегазогеологическими задачами.
В отличие от других направлений геологии (гидрогеологии, рудной геологии и др.) в нефтегазовой геологии наиболее полно используется большинство методов получения информации - геофизические и гидродинамические исследования скважин, данные о физико-химических свойствах пластовых флюидов и вмещающих их горных пород, специальные методы прямого изучения гидродинамической связности продуктивных пластов.
Относительно простое строение нефтяных и газовых залежей - в большинстве случаев это латерально простирающиеся пласты, местами имеющие положительные условия для аккумуляции менее плотных по отношению к пластовой воде нефти и газа, ограниченных плоскими поверхностями-разделами (ВНК, ГНК, ГВК), а также разделение пород, слагающих залежь в пределе на коллекторы и неколлек-торы позволяют делать правильные за-
© Косков Б.В., Косков В.Н., [Шурубор Ю.В.|, 2011
90
ключения, опираясь не столько на изучение всегда малочисленного кернового материала, сколько на многочисленные данные геофизических исследований скважин [5, 4, 7].
Все вышесказанное позволяет понять, почему изучение гидродинамической связности геологических тел должно быть отнесено к числу важнейших направлений исследований, которое целесообразно разрабатывать именно в рамках нефтяной и газовой геологии. К сожалению, несмотря на очевидную научную и практическую значимость проблемы изучения ГСГТ, большинство специалистов по нефтегазовой геологии, поискам, разведке и геологическому обеспечению разработки нефтяных и газовых месторождений не уделяют ей должного внимания.
Рассмотрим некоторые задачи, при выполнении которых решение проблемы гидродинамической связности геологических тел занимает далеко не последнее место.
Важной проблемой при подсчете запасов нефти и газа является оконтуривание нефтяной или газовой залежи, которая выходит на первый план при выборе рациональной системы разработки (определение границ эксплуатационных объектов, зон с отсутствием препятствий для движения флюидов и зон с затрудненным обменом, гидродинамических разделов), т.е. расчленение нефтяных и газовых месторождений на отдельные залежи и выделение подсчетных объектов. Разработке месторождений [1, 11], базирующейся на данных промысловой геологии, подземной гидродинамики и экономики, уделяется особое внимание, т.к. постоянно повышающиеся требования к рациональной эксплуатации нефтяных месторождений требуют более детальной информации о продуктивных горизонтах (данных об изменении коллекторских свойств пород в пространстве, изменении свойств насыщающих флюидов, режимах залежей, связях с областями питания как по всему разрезу, так и по латерали).
Залежь нефти и газа, введенная в разработку, представляет собой неразрывное целое - систему, состоящую из двух компонентов: геологического (сама залежь) и технического (система разработки) - гео-лого-технический комплекс (ГТК). При изучении одного и того же геологического тела (системы) может наблюдаться распадение элементов, раньше считавшихся неделимыми, поэтому в зависимости от целей промыслово-геофизических исследований выделяются следующие структурные уровни геологической системы: элементарные частицы горной породы (зерна породы и т.д.); произвольное геологическое тело (образец горной породы); ограниченная часть прослоя, сложенная коллекторами или неколлекторами; пласт однотипной породы; крупный пласт как резервуар для жидкости или газа; часть залежи (чисто нефтяная, газовая и т.д.); залежь - эксплуатационный объект. Каждый более высокий уровень системы обладает свойствами, не присущими нижестоящим иерархическим уровням системы [3, 5, 8].
Изучение гидродинамической связности внутри и между геологическими телами является одной из важных задач, стоящих перед нефтепромысловой геологией. Изучение гидродинамической связности возможно через детализацию свойств горных пород, например проницаемости, для получения как можно большего объема достоверного материала как для определения искомого свойства по латерали (карты), так и по горизонтали (профили). В своем полном объеме проблема ГСГТ высветилась в связи с развитием научного обеспечения поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений и решением следующих задач: выделение нефтегазоводоносных
комплексов в связи с оценкой перспектив нефтегазоносных провинций, регионов и районов; выделение нефтепродуктивных и газопродуктивных горизонтов при поисках и разведке месторождений нефти и газа; расчленение нефтяных и газовых месторождений на отдельные залежи и оп-
ределение границ подсчетных и эксплуатационных объектов; исследование внутренней гидродинамической связности этих объектов в связи с проектированием, анализом и регулированием процессов разработки нефтяных и газовых месторождений; анализ разработки одно- и многопластовых залежей.
Все изложенные проблемы ГСГТ могут быть успешно решены с выявлением непроницаемых и слабопроницаемых разделов по вертикали и в латеральных направлениях. Корректное решение задач выделения комплексов, горизонтов, границ подсчетных и эксплуатационных объектов и т.п. может быть обеспечено лишь на основе использования эффективных методов исследований гидродинамической связности конкретных блоков земной коры, продуктивных толщ, пластов и т.д. Эти методы должны быть направлены на выделение разнопорядковых гидродинамических систем и подсистем. Выбор оптимального варианта для эффективного управления разработкой нефтегазового месторождения значительно зависит от объема и качества имеющейся информации и высокой степени соответствия действительности представлений разработчиков о геологических причинах гидродинамической связности тел продуктивных пород, развитых на изучаемом месторождении.
Огромное значение для получения наиболее достоверных представлений о залежах и протекающих в них процессах имеет правильный выбор методов исследований, анализа и обобщения информации.
Источниками первичной информации о залежах УВ сырья служат исследования, проводимые разными методами: изучение керна, шлама и флюидов в лабораторных условиях; гидродинамические методы исследования скважин (ГДИ), включающие методы восстановления пластового давления и установившихся отборов жидкости из скважин и определения взаимодействия скважин, исследование скважин геофизическими методами (ГИС) с применением различных методов каротажа.
Однако, как правило, сведения, полученные в результате анализа керна и интерпретации материалов ГДИ, характеризуют лишь небольшой объем исследуемого объекта и имеют выборочный характер. Поэтому данные ГИС несут наибольшую информацию, т.к. являются непрерывной основой, характеризующей весь разрез скважины.
Одним из самых распространенных в наши дни подходов к решению гидрогеологических задач в свете ГСГТ является геофильтрационная схематизация разреза, которая основана на выделении некоторых геологических тел (систем), внутренняя гидравлическая связность которых существенно теснее их связности с окружающими телами. Именно выделение упомянутых тел представляет наибольшую проблему при изучении динамики подземных вод (и в частности при исследовании нефтегазоносных залежей). Ввиду недостаточного количества информации весьма проблематично осуществить переход от дискретных данных к объемной (площадной) модели изучаемого геологического тела. Поэтому при недостатке единичных фильтрационных определений в разрезе скважин удовлетворительная экстраинтерполяция фактических данных может быть обеспечена только на основе выявления пространственных закономерностей изменения свойств разреза при использовании результатов интерпретации материалов геофизических исследований скважин (ГИС).
В связи с вышеизложенным можно выделить три основных метода, используемых при изучении ГСГТ: гидрогеологический, геологический и гидродинамический.
Гидрогеологический метод
Гидрогеологический метод изучения ГСГТ направлен на выяснение закономерности распределения подземных вод и их взаимоотношения с вмещающими породами. При региональных гидрогеологических исследованиях, прежде всего, ус-
танавливаются закономерности пространственного - по площади и по разрезу -распространения подземных вод. Корреляция разрезов скважин, гидрогеологическая стратификацию разреза и объемное гидрогеологическое картирование на практике осуществляются с помощью результатов ГИС [9, 12]. Причем, при гидрогеологической стратификации выполняется не только послойное субгоризонталь-ное расчленение разреза с выделением зон резкой фациальной изменчивости, но и выделение гидрогеологических тел по их фильтрационным характеристикам и в конечном итоге - гидрогеологических комплексов. К гидрогеологическим методам можно отнести и гидрохимические методы изучения ГСГТ - сопоставление химических составов вод по основным и малым компонентам. Особый интерес вызывают гидрохимические скачки в изменениях состава и свойств природных и подземных вод (изменение химического типа вод), что позволяет четко зафиксировать зоны перетоков флюидов по разрезу.
При применении гидрогеологического метода изучение связности представляет наибольшую проблему при рассмотрении динамики подземных вод, особенно на ранних стадиях гидрогеологических исследований, когда имеются только экспертные оценки фильтрационных свойств водоносных и водоупорных пород. При недостатке и невысокой достоверности единичных фильтрационных определений в глубоких элементах разреза удовлетворительная экстраинтерполяция фактических данных может быть получена только на основе геологически обоснованных закономерностей изменения свойств разреза с широким использованием материалов ГИС. Последние существенно дополняют геологическую и гидрогеологическую документацию разреза, т.к. достаточно информативны и проводятся в обязательном порядке в каждой скважине. При интерпретации данных ГИС возможно получение не только собственно геофизической, но и геофильтрационной информации, используя последовательный переход
«материалы ГИС - прогноз литологического состава - прогноз геофильтрацион-ных сред» [9].
Геологический метод
Как известно, совокупности тел пород-коллекторов в естественных условиях зачастую объединены в гидродинамические системы, выявить и проследить которые только по геологическим данным достаточно сложно. Гидродинамические системы в нефтяной геологии можно условно назвать элементарными эксплуатационными объектами, которые в свою очередь являются составляющими частями эксплуатационного объекта [14, 15]. Сам эксплуатационный объект можно трактовать как часть нефтяной залежи, которая выделяется для разбуривания и эксплуатации самостоятельной сеткой эксплуатационных и нагнетательных скважин. Правильное определение границ эксплуатационного объекта в разрезе скважины зависит от учета многих геологических, технологических и технических факторов - геологического строения, физико-химических свойств пород и флюидов, режима разработки, пластового давления, условия бурения скважин, технического состояния колонны и оборудования, возможности контроля и регулирования процессов разработки и пр. Определение границ может основываться как на выявлении гидродинамической обособленности геологических объектов, так и на поисках доказательств гидродинамической связности нефтеносных пластов. Но качественная оценка возможна только при комплексном анализе, где учитываются все вышеперечисленные факторы, оцененные по различным методам изучения горных пород -геологическим, геофизическим, гидродинамическим. Чтобы при этом избежать ошибок, нужно использовать результаты специальных гидродинамических исследований для поиска доказательств гидродинамической обособленности совокупности пород-коллекторов, соседствующих друг с другом в геологическом разрезе, за счет идентификации части тел непрони-
цаемых пород в качестве гидродинамических разделов между эксплуатационными объектами. Такие разделы (обычно это плотные или глинистые интервалы горных пород в разрезе скважин) хорошо определяются по диаграммам ГИС. По выделенным гидродинамическим разделам можно осуществить корреляцию и стратификацию разрезов скважин и реализовать собственно геологический метод выделения эксплуатационных объектов.
Геологическая интерпретация материалов скважинных исследований дает возможность построить профиль месторождения и структурные карты, позволяющие получить полное представление о строении месторождения и структурных соотношениях отдельных комплексов пород (гидродинамической связности геологических тел). По данным изучения разрезов скважин можно получить также сведения о фациальной и фильтрационной изменчивости отложений по всему разрезу месторождения. Результаты промысловогеофизических исследований по отдельно взятой скважине используются для построения её геолого-геофизического разреза. Основные задачи при таком построении состоят в расчленении пройденных при бурении пород на отдельные слои (пласты), отличающиеся по своим физическим свойствам и стратиграфической принадлежности. Обработка материалов по ряду скважин (корреляция разрезов скважин) позволяет получить информацию о вертикальной связности геологических тел и заключается в выделении опорных пластов (глинистых и плотных реперов) и определении глубин их залегания в целях установления последовательности расположения пластов горных пород, выделения одноименных пластов для прослеживания за изменением их мощности, литологического состава и фа-циальной изменчивости в различных направлениях (геологический метод). Особое значение при этом приобретают данные ГИС, позволяющие получить детально описанные литолого-
стратиграфические колонки скважин, участвующих в межскважинной корреляции.
Гидродинамический метод
Гидродинамические методы исследования скважин (ГДИ) применяются для определения физических свойств и продуктивности пластов-коллекторов на основе выявления характера связи дебитов скважин с давлением в пластах. Эти связи описываются математическими уравнениями, в которые входят физические параметры продуктивного пласта и гидродинамические характеристики скважин [7, 14, 15]. В основе изучения ГСГТ гидродинамическими методами при вычленении эксплуатационных объектов и выявлении межпластовых перетоков лежит метод сопоставления коэффициентов продуктивности скважин. Следует отметить также метод выделения эксплуатационных объектов, основанный на использовании информации об абсолютных отметках поверхностей водонефтяных контактов. ГСГТ можно установить и по закономерностям изменения пластового давления по вертикали и в латеральных направлениях. Теоретические основы этого метода с многочисленными примерами изложены в работах М.К. Хьюбберта и Э.Ч. Дальберга [2, 13].
При применении гидродинамического метода изучения ГСГТ предполагается использовать результаты гидродинамических исследований нефтегазоносных пластов в скважинах: опробование пластов, в ходе которого определяется качество и количество извлекаемых из скважины нефти и газа, скважинные исследования продуктивных пластов, задачей которых является сбор данных для последующего определения коэффициентов продуктивности, проницаемости, гидропроводности и других параметров. Гидродинамические методы исследования нефтяных скважин представляют важную неотъемлемую часть процесса изучения строения залежей нефти и газа, проводятся с целью оп-
ределения фильтрационных параметров пластов-коллекторов.
Постановка решения проблемы гидродинамической связности является специфической проблемой нефтегазовой отрасли. Сведения о ГСГТ предполагается использовать для детального описания нефтегазовых комплексов, эксплуатационных объектов и выявления зональности продуктивных пластов. Выделение эксплуатационных объектов предусматривает нахождение непроницаемых гидродинамических разделов между продуктивными пластами и использование информации об абсолютных отметках поверхностей ВНК.
Все вышеизложенное относится к изучению вертикальной связности. Что же касается латеральной связности, то для ее изучения используются карты различного назначения (карты мощности коллекторов нефтеносного пласта, литофациальной изменчивости, зональности подземных вод, проницаемости, гидропроводности и т.д.). Карты же, построенные на основе геологических методов (в том числе заключения о выдержанности пластов и разрывных нарушениях - фации, врезы) тесно связаны с картами гидропроводноБиблиографический список
1. Быков Н.Е. Выделение эксплуатационных объектов в разрезах многопластовых нефтяных месторождений. М.: Недра, 1975. 144 с.
2. Дальберг Э.И. Использование данных гидродинамики при поисках нефти и газа. М.: Недра, 1985. 149 с.
3. Дементьев Л.Ф. Системные исследования в нефтегазопромысловой геологии. М.: Недра, 1988. 204 с.
4. Жданов М.А. Нефтегазопромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа. М.: Недра, 1981. 453 с.
5. Иванова М.М., Чоловский И.П., Брагин Ю.И. Нефтегазопромысловая геология: учеб. для вузов. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. 414 с.
6. Косков Б.В. Использование данных ГИС для оценки гидродинамичес-ких параметров продуктивных пластов // Тезисы межрегиональной молодежной на-
сти и проницаемости, которые построены с использованием уже гидродинамических методов. Вертикальные и латеральные построения существенно дополняют друг друга при определении гидродинамической связности геологических тел. Так, например, методы изучения вертикальной связности базируются на использовании зависимостей типа
Кпр=Г(параметр ГИС) и Кпрод=Г(параметр ГИС), т.е. с упором на гидродинамику, а методы изучения латеральной связности базируются на картировании гидродинамических параметров (проницаемости, гидропроводности, продуктивности и т.д.) [6, 7].
Итак, проблемы гидродинамической связности геологических тел можно решить на основании использования методов, изложенных в настоящей работе. Следует отметить, что значительная роль при изучении ГСГТ принадлежит методам ГИС, которые позволяют осуществить детальное описание геологических тел за счет получения важной информации при комплексной интерпретации геологических, гидрогеологических и геофизических данных.
учной конференции. Ухта: Северэкотех,
2002. С. 17-20.
7. Косков В.Н., Косков Б.В. Геофизические исследования скважин и интерпретация данных ГИС: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2007. 317 с.
8. Косков В.Н. Автоматизированная интерпретация данных геофизических исследований скважин при моделировании геологических объектов: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2008. 204 с.
9. Косков В.Н., Косков Б.В., Шардаков В.А. Выделение региональных флюидоупоров и интервалов захоронения нефтепромысловых стоков в разрезах скважин по данным геофизических исследований скважин (ГИС)// Вестник ПГТУ. Нефть и газ. 2001. Вып. 4. С. 41 -44.
10. Лысенко В.Д. Разработка нефтяных месторождений. Теория и практика. М.: Недра, 1996. 367 с.
11. Мелькановицкий И.М. Геофизические методы при региональных гидрогеологических исследованиях. М.: Недра, 1984. 176 с.
12. Хьюбберт М.К. Гидродинамические условия формирования нефтяных месторождений // Бюл. амер. ассоциации геологов-нефтяников. 1953. Т.37, №8. Перев. с англ. № 43/58 / ГОСИНТИ. М., 1958.
13. Шурубор Ю.В. Применение персональных компьютеров для решения задач
выделения эксплуатационных объектов и управления разработкой многопластовых нефтяных месторождений: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1995. 45 с.
14. Шурубор Ю.В., Гордиенко О.М. Комплекс программ для решения задач выявления и прослеживания гидродинамических разделов в целях выявления элементарных эксплуатационных объектов // НТИС. Сер. Геология, геофизика и разработка нефт. месторождений / ВНИИОЭНГ. М., 1992. Вып. 11. С.15-17.
The Problem of Hydrodynamic Connection Research of Geological Bodies and Methods of Its Solution
B.V. Koskov, V.N. Koskov, U.V. Shurubor
Perm State National Researching University, 614990, Perm, Bukirev st., 15 E-mail: geophysic@psu.ru
The questions of hydrodynamic connection research of geological bodies on different hierarchical levels of geological systems (oil pool, exploitation objects and field) with using hydrodynamic and geophysical information for designing of spatial regularities for changing hydrodynamic parameters are considered.
Key words: oil and gas pool, hierarchical levels of the geological system, hydrodynamic connections of geological bodies, geophysical well test, hydrodynamic well test.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук Р.Г. Ибламинов
