Россия
Россия
Россия
Россия
На сегодняшний момент запасы месторождений, содержащих вязкую и высоковязкую нефть, составляют более половины от всех разведанных запасов нефтегазовых месторождений. Карбонатные месторождения, в которых сконцентрированы нефтегазовые флюиды, характеризуются сложной структурой пустотного пространства, содержащей углеводороды. Вследствие большего содержания части нефти в несвязанных между собой неглубоких трещинах разработка таких запасов затруднена. По этой причине основной задачей данного исследования выбрано установление зависимости «керн-керн» показателя проницаемости от пористости карбонатных пород-коллекторов, слагающих Астраханское газоконденсатное ме-сторождение (АГКМ). На основе характеристики Астраханского свода и залежи в районах АГКМ в работе представлены результаты исследовательской работы по определению пористости породы методом гидростатического взвешивания на основе имеющихся сведений о карбонатных залежах пласта, физических свойств горных пород, слагающих пласт, характеристике геофизических величин пористости и проницаемости. Приведены полученные значения масс-образцов путем взвешивания в различных состояниях насыщения и вычисления значения проницаемости образцов керна. Выявлена линейная зависимость открытой пористости карбонатных пород на проницаемость. Проведен анализ результатов исследований по образцам керна, полученных на скважинах АГКМ. Приведены значения коэффициентов пористости и проницаемости. На основании заключения о фильтрационно-емкостных свойствах месторождения сделан вывод о влиянии зависимости проницаемости породы от открытой пористости на коллекторские свойства месторождения. Приведен полученный на основе вычисленных данных график, составлено уравнение зависимости «керн-керн» или линейное уравнение регрессии.
Астраханское газоконденсатное месторождение, пористость, проницаемость, нефть, газ, карбонатное месторождение
Введение
На территории Российской Федерации представлено огромное множество нефтегазоносных месторождений, заключенных в карбонатных отложениях. Новые открытые месторождение, которые ранее были неизвестны, чаще всего относят к карбонатным, основная масса известных залежей принадлежит к терригенным. В настоящее время данные месторождения, содержащие вязкую и высоковязкую нефть, составляют более 30 % мировых разведанных запасов. На территории России их запасы составляют более 50 %.
Разработке коллекторов, состоящих из карбонатов и содержащих высоковязкие нефти, уделяется особое внимание в нефтегазодобывающей промышленности. Такие коллекторы характеризуются сложной структурой пустотного пространства, содержащей углеводороды. Флюиды, сконцентрированные в карбонатных месторождениях, играют все более важную роль в мировом энергетическом балансе.
Поскольку большая часть нефти содержится в несвязанных между собой неглубоких трещинах, разработка таких запасов затруднена. Подземные резервуары нефти и газа в основном состоят из осадочных пород. Карбонатные коллекторы представлены в основном доломитом, известняком, мергелями и др. Поэтому для дальнейшей разработки месторождения и оценки фильтрационных характеристик карбонатных пород-коллекторов исследуются физические свойства пород: пористость, проницаемость и насыщенность.
Целью работы является установление влияния зависимости проницаемости от коэффициента открытой пористости на фильтрационно-емкостные свойства карбонатных пород, слагающих Астраханское газоконденсатное месторождение (АГКМ).
Характеристика Астраханского свода в районах АГКМ и залежи АГКМ
Запасы флюидов АГКМ находятся в юго-западной части Прикаспия, в пределах Аксарайского вала, занимающего центральную часть Астраханского свода. Данное месторождение принадлежит к отложениям каменноугольной системы. На Астраханском месторождении карбонатные пласты крайне неоднородны, а глинистые слои отсутствуют. Кроме этого, месторождение характеризуется необычно высоким пластовым давлением и температурой, а также повышенным содержанием кислых элементов в составе. Внутри карбонатного массива распределение толщ с повышенными коллекторскими свойствами более сложное [1].
Здесь пласты с высокой пористостью и проницаемостью существуют в пределах подсолевого разреза, но они образуют отдельные, изолированные линзы.
Непостоянство площадей разрезов, имеющих относительно небольшую общую толщину, по сравнению с их диапазоном, является особенностью продуктивной толщи АГКМ.
Нестабильность пород в разрезе обуславливается чередованием разнообразных проницаемых слоев прослоев, причем толщина проницаемых пород варьируется от 1 м до более чем 25 м (табл. 1).
Таблица 1
Table 1
Основные геологические и газоконденсатные характеристики залежей АГКМ
Main geological and gas condensate characteristics of AGCM deposits
|
Показатель |
Значение |
|
Глубина залегания, м |
3 870–4 100 |
|
Пластовое давление (среднее), МПА |
61,2 |
|
Пластовая температура, °С |
110 |
|
Коллектор |
Карбонатный |
|
Средняя проницаемость |
0,78–3,62 |
|
Молярная доля углеводородов C2H5 – C4H10, % |
3,80 |
|
Молярная доля H2S / CO2, % |
25 / 13 |
|
Плотность стабильного конденсата C5+, г/см3 |
0,795–0,825 |
Весь пласт породы является проницаемым с макро- и микротрещинами [2]. Исследования керна и скважин подтверждают относительно низкие фильтрационные свойства матрицы карбонатных пород.
Наличие высоких дебитов в интервалах с относительно низкой пористостью во многих скважинах указывает на то, что гидроразрыв пласта играет важную роль в проницаемости этих интервалов [3].
Карбонатные коллекторы
Коллекторами называются горные породы, которые могут вмещать и отдавать флюиды. Породы-коллекторы преимущественно состоят из осадочных пород, которые классифицируются как обломочные и карбонатные. Они могут делиться по литологическому составу, выделяя две основные группы: терригенные и карбонатные, а также по классификации В. Н. Дахнова [4], подразделяясь по коллекторским свойствам.
Наличие только двух основных породообразующих минералов кальцита (CaCO3), доломита (CaMg(CO3)2) и магнезита (MgCO3) является основным отличием карбонатных пород-коллекторов от терригенных.
По оценкам, карбонаты составляют 1,7 % от веса земной коры.
Карбонатные коллекторы в основном являются коллекторами с вторичным пустотным пространством трещинного и кавернового типа. Трещины в карбонатных породах образуются вследствие диагенеза и катагенеза. Фильтрация флюидов происходит в основном через трещины и каверны. Тектонические разломы очень важны для миграции флюидов и формирования коллекторов. Проникая в породу в разных направлениях, они способствуют сообщаемости тупиковых пор, также они создают пути миграции и дополнительный резервуар.
Физические свойства горных пород
Исследования физических свойств веществ ‒ это задача физики твёрдых тел, жидкостей и газов. Прикладные науки изучают физические свойства
и параметры веществ преимущественно для использования их в промышленной индустрии.
В геологии и геофизике приводящееся для изучения процессов формирования горных пород исследования обуславливаются своей специфичностью, задачами, теорией, а также методикой.
Для оценки нефтяных и газовых резервуаров необходимо знать пористость, капиллярные свойства, насыщенность пород, проницаемость и т. д.
Характеристика и определение пористости
Тип пористости пород-коллекторов идентифицирует физические свойства горной породы.
Горная порода обуславливается наличием поровых каналов между отдельными зернами или частицами породы. Поры и другие пустоты можно распределить на первичные и вторичные. Первичными называются пустоты, образовавшиеся в процессе осадконакопления и формирования породы, вторичными являются трещины, образовавшиеся
в результате последующего разрушения, доломитизации породы и т. д.
Объем пор зависит от параметров зерен, а также их расположения. В соответствии с исследованиями керна открытая пористость карбонатных пород колеблется от 3–6 до 15–18 %, составляя в среднем порядка 10 %. Абсолютная проницаемость пород невысока, колеблется от 2 до 100 мД, изредка поднимаясь до 1 Д. Значение пористости, которое дает промышленную нефть в карбонатных породах, – 10–25% (рис. 1).
Рис. 1. Различная укладка сферических зерен одного размера, составляющих пористый материал [5]
Fig. 1. Different stacking of spherical grains of the same size that make up a porous material [5]
В соответствии со степенью сообщаемости пор выделяют открытую и закрытую пористость [6].
Определение пористости происходит в зависимости от использования различными способами, таких как: весовой, объемно-весовой, объемный или газометрический. В данной работе определение коэффициента открытой пористости осуществляли методом гидростатического взвешивания:
– коэффициент общей пористости:
где Vпор.общ – общий объем пор в образце породы; Vобр – объем образца;
– коэффициент открытой пористости:
где Vпор.о – объем открытых пор в образце породы;
– коэффициент закрытой пористости:
где Vпор.з – объем закрытых пор в образце породы.
В ходе исследования по определению пористости образцов керна карбонатных пород нами были получены значения масс-образцов путем взвешивания
в различных состояниях насыщения (табл. 2): массы сухого образца путем взвешивания в воздухе; массы образца в рабочей жидкости путем гидростатического взвешивания; массы насыщенного рабочей жидкость образца путем взвешивания в воздухе [7].
Насыщение, а также само взвешивание, было произведено в керосине, чтобы предотвратить процессы химического взаимодействия.
Таблица 2
Table 2
Полученные значения масс-образцов путем взвешивания в различных состояниях насыщения
The obtained values of the mass samples by weighing in various saturation states
|
M1 ∙ 10–3, кг |
M2 ∙ 10–3, кг |
Mкор ∙ 10–3, кг |
M3 ∙ 10–3, кг |
Kо.п, % |
|
58,3 |
57,7 |
7,9 |
59 |
7,6 |
|
57, 0 |
57,6 |
7,9 |
58 |
12,04 |
|
66,7 |
66,9 |
7,9 |
67 |
3,75 |
|
65,6 |
64,5 |
7,9 |
66 |
4,26 |
|
62,4 |
62,4 |
7,9 |
63 |
7,06 |
|
66,8 |
66,6 |
7,9 |
67 |
2,41 |
|
54,8 |
56,7 |
7,9 |
56 |
16,67 |
Формула для определения открытой пористости:
где M1 ‒ масса в сухом состоянии; M2 – масса в жидкости; M3 ‒ масса в насыщенном состоянии; Mкор ‒ масса корзинки; (M3 – M1) – масса жидкости в поровом пространстве образца; (M3 – M2 + Mкор) – масса объема жидкости, равного объему образца (масса жидкости в объеме образца); δж – плотность жидкости.
Характеристика и определение проницаемости
Свойство породы, при котором она способна пропускать углеводороды при перепадах давления, называется проницаемостью. Проницаемость породы зависит от степени насыщения породы, соотношения фаз и физических свойств породы (рис. 2).
Рис. 2. Наглядное представление проницаемости породы
Fig. 2. Visual representation of rock permeability
Классифицируется на:
– абсолютную (включает в себя породы, соответствующие условиям отсутствия физического взаимодействия между углеводородами и пористой средой, а также ее наибольшего заполнения флюидами);
– фазовую (зависит от свойств породы, условий фильтрации и от качества порового пространства, также она существенно ниже абсолютной проницаемости, т. к. при фильтрации непостоянна по пласту);
– относительную (вычисляется отношением фазовой к абсолютной проницаемости) [8].
Коэффициент проницаемости называемый иначе коэффициентом проницаемости породы:
Kпр
где Q – объемный расход жидкости через породу за 1 с, м3/с; L – длина пути, на котором происходит фильтрация жидкости, м; μ – динамическая вязкость жидкости, Па·с; Δp – перепад давления на длине образца породы, Па; F – площадь фильтрации, м2.
В ходе исследования применялась установка для определения газопроницаемости образцов керна Эпрон 2000, были получены значения коэффициента проницаемости, а также объемный расход жидкости через породу. Измерение осуществлялось при трех разных средних значений давления для того, чтобы получить более точное среднее значение коэффициента проницаемости. Параметры образцов были едины: длина – 3,1 ∙ 10–3 м, диаметр – 3 ∙ 10–3 м (табл. 3).
В результате проведенных исследований по определению проницаемости было измерено семь образцов керна, один из которых (№ 7) сильно выбивался по значением от других. Поэтому, вероятнее всего, данный образец обладает повышенной проницаемостью, по причине попадания в аномальную зону трещиноватости. Именно по этой причине этот образец не был включен в дальнейшие вычисления.
Таблица 3
Table 3
Результаты проведения работы по определению проницаемости
Results of the work on the determination of permeability
|
№ образцов кернов |
Образцы |
Среднее |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
||||||||
|
p, атм |
Q ∙ 10–6, м3/с |
Kпр, мД |
p, атм |
Q ∙ 10–6, м3/с |
Kпр, мд |
p, атм |
Q ∙ 10–6, м3/с |
Kпр, мД |
||
|
1 |
1,499 |
0,018 |
0,056 |
1,402 |
0,019 |
0,068 |
1,294 |
0,015 |
0,057 |
0,060 |
|
2 |
1,516 |
0,138 |
0,428 |
1,403 |
0,118 |
0,410 |
1,320 |
0,108 |
0,409 |
0,416 |
|
3 |
1,511 |
0,015 |
0,046 |
1,406 |
0,014 |
0,050 |
1,284 |
0,012 |
0,047 |
0,048 |
|
4 |
1,498 |
0,017 |
0,052 |
1,390 |
0,015 |
0,054 |
1,315 |
0,015 |
0,058 |
0,055 |
|
5 |
1,495 |
0,044 |
0,143 |
1,426 |
0,025 |
0,088 |
1,321 |
0,025 |
0,095 |
0,109 |
|
6 |
1,487 |
0,067 |
0,213 |
1,397 |
0,016 |
0,055 |
1,289 |
0,014 |
0,055 |
0,108 |
|
7 |
1,485 |
4,918 |
15,69 |
1,411 |
3,918 |
13,468 |
1,308 |
3,51 |
13,431 |
14,196 |
Влияние зависимости открытой пористости карбонатных пород на проницаемость
Выполненная исследовательская работа по определению зависимости проницаемости от пористости образцов керна позволила составить уравнение зависимости «керн-керн», которое реализует связь двух петрофизических параметров.
В ходе работы были получены результаты по определению коэффициентов открытой пористости и проницаемости образцов керна, составлена таблица, в которой также приведены данные: корреляционного момента Kxy, дисперсии Kпр и Kо.п коэффициент корреляции r, а также средние значения x̅, ȳ, полученные на основе найденных значений Kпр и Kо.п.
В таблице и последующих вычислениях значения x
и y принимаются как Kо.п и Kпр соответственно:
Коэффициент корреляции r имеет важное значение в статистических исследованиях, его величина заключена в интервале от +1 и ‒1. Причем, чем ближе r к 1, тем сильнее связь между свойствами [9].
Кроме этого, для определения зависимости было получено уравнение линейной зависимости регрессии, а также значения остаточной дисперсии
Уравнение зависимости регрессии, согласно данным табл. 4:
Таблица 4
Table 4
Значения коэффициентов пористости и проницаемости
Values of porosity and permeability coefficients
|
Наименование пробы |
Коэффициент пористости |
Коэффициент |
x – x̅ |
y – ȳ |
(x – x̅)² |
(y – ȳ)² |
(x – x̅)(y – ȳ) |
|
1 |
0,076 |
0,060 |
0,023 |
–0,040 |
0,001 |
0,002 |
–0,001 |
|
2 |
0,120 |
0,416 |
0,067 |
0,316 |
0,004 |
0,100 |
0,021 |
|
3 |
0,038 |
0,048 |
–0,015 |
–0,052 |
0,000 |
0,003 |
0,001 |
|
4 |
0,043 |
0,055 |
–0,010 |
–0,045 |
0,000 |
0,002 |
0,000 |
|
5 |
0,071 |
0,109 |
0,018 |
0,009 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
|
6 |
0,024 |
0,014 |
–0,029 |
–0,086 |
0,001 |
0,007 |
0,003 |
|
Сумма |
0,372 |
0,702 |
0,053 |
0,100 |
0,006 |
0,114 |
0,024 |
|
Дополнительные характеристики |
x̅ |
ȳ |
|
|
|
|
|
|
Среднее значение суммы |
0,053 |
0,100 |
|
|
0,001 |
0,016 |
0,003 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,030 |
0,127 |
|
|
Коэффициент |
0,888 |
||||||
Согласно принятым коэффициентам, уравнение зависимости «керн-керн» или линейное уравнение регрессии:
Уравнение регрессии устанавливает отношение в возможности прогнозирования значения одной случайной величины, если известно значение другой. Чем больше коэффициент корреляции, тем меньше погрешность прогнозирования [9] (см. табл. 4).
График (рис. 3), составленный по данным из табл. 4, демонстрирует линейную зависимость проницаемости образцов керна от открытой пористости, благодаря чему можно сделать вывод, что с увеличением или уменьшением пористости среды, значение проницаемости будет увеличиваться и уменьшаться соответственно.
Рис. 3. График зависимости коэффициента открытой пористости карбонатных пород
от коэффициента проницаемости
Fig. 3. Graph of the dependence of the open porosity coefficient of carbonate rocks
on the permeability coefficient
Заключение
В процессе разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений требуется фильтрация огромного количества жидкостей и газов в резервуарах. Изучение фильтрации пласта и его изменений во время эксплуатации позволяет оценить продуктивность отдельных скважин, как на этапе разработки месторождения или в период извлечения остаточных запасов углеводородного сырья.
Проведенное исследование позволяет сделать вывод о влиянии зависимости проницаемости породы от открытой пористости на коллекторские свойства месторождения. При помощи графика, полученного на основе вычисленных данных, составлено уравнение зависимости «керн-керн» или линейное уравнение регрессии. Было выявлено, что один из изученных образцов обладает повышенной проницаемостью по причине попадания в аномальную зону трещиноватости
1. Ревина А. В., Ревина Н. С. Анализ результатов проведенных геолого-технических мероприятий и их влияние на компонентоотдачу // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. 2022. № 1 (73). С. 43-49.
2. Дахнов В. Н. Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтегазонасыщения горных пород. М.: Недра, 1985. 310 с.
3. Якимов С. Ю. Геолого-геометрические основы оценки изменения трещинной проницаемости в процессе изменения пластового давления в карбонатных коллекторах: дис. … канд. техн. наук. Пермь, 2018. 127 с.
4. Алтунина Л. К., Кувшинов В. А., Урсегов С. О. Комплексные методы увеличения нефтеотдачи залежей высоковязких нефтей // Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа: материалы VI Всерос. науч.-практ. конф. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2013. С. 7-17. URL: https://www.ipc.tsc.ru/conf/6dptng/mater/%D0%94%D0%BE%D0%B1%D1%8B%D1%87%D0%B0_%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B3%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82_%D0%BD%D0%B5%D1%84%D1%82%D0%B8_%D0%B8_%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%B0-2013.pdf (дата обращения: 09.05.2023).
5. Иванов В. А., Храмова В. Г., Дияров Д. О. Структура порового пространства коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1974. 96 с.
6. Связь между пористостью и проницаемостью. URL: https://studfile.net/preview/9939290/page:24/ (дата обращения: 09.05.2023).
7. Малюков В. П., Анаев Ю. С. Влияние геолого-физических свойств сложно построенных глубоких продуктивных горизонтов Астраханского газоконденсатного месторождения на эффективность кислотных обработок карбонатного пласта // Вестн. РУДН. Сер.: Инж. исслед. 2013. № 3. С. 108-118.
8. Увеличение нефтеотдачи в карбонатных коллекторах // Neftegaz.ru. URL: https://neftegaz.ru/science/booty/331504-uvelichenie-nefteotdachi-v-karbonatnykh-kollektorakh/?ysclid=liosczbul6574444553 (дата обращения: 09.05.2023).
9. Поротов Г. С. Математические методы моделирования в геологии. СПб.: Санкт-Петербург. гос. гор. ин-т (техн. ун-т), 2006. 222 с.
