INCREASING THE RELIABILITY OF RESULTS OF PHYSICAL AND HYDRODYNAMIC TESTS

Ivan S. Putilov; Путилов Иван Сергеевич; Irina P. Gurbatova; Гурбатова Ирина Павловна; Nikita А. Popov; Попов Никита Андреевич; Denis B. Chizhov; Чижов Денис Борисович; Aleksander V. Yuriev; Юрьев Александр Вячеславович

doi:10.15593/2224-9923/2019.3.2

INCREASING THE RELIABILITY OF RESULTS OF PHYSICAL AND HYDRODYNAMIC TESTS

Authors: Putilov I.S.¹, Gurbatova I.P.¹, Popov N.А.¹, Chizhov D.B.¹, Yuriev A.V.¹
Affiliations:
1. PermNIPIneft branch of LUKOIL-Engineering LLC in Perm
Issue: Vol 19, No 3 (2019)
Pages: 216-227
Section: ARTICLES
URL: https://ered.pstu.ru/index.php/geo/article/view/1057
DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9923/2019.3.2
Cite item

Abstract
Full Text
About the authors
References
Statistics

Abstract

One of the main problems in conducting physical and hydrodynamic tests on core material is the selection of a representative collection of samples. Such a collection should accurately reflect the physical and hydrodynamic processes of the reservoir being studied. For complex carbonate reservoirs, it is especially important to cover the maximum range of changes in the reservoir properties. Methodological issues have not been fully worked out, thus, when studying the reservoir of a particular field, the task is to develop a methodology for choosing a representative collection of samples for conducting physical and hydrodynamic studies. Therefore, using the information obtained on the coefficient of oil displacement by water with a sufficient degree of reliability, we can estimate the reserves and obtain the most accurate oil recovery coefficient. Using the example of the Tedinskoye field, methodological recommendations were developed for choosing a representative collection of samples for carrying out physical and hydrodynamic studies, and the need for using a core with an initial diameter to determine the oil displacement coefficients with water was determined. To assess the representativeness of the selected collection of samples, a statistical analysis was carried out, the method of statistical testing of hypotheses (statistical criteria) was used, based on student distribution. It was found that the selection of a representative collection of samples for research should be carried out from all types of reservoirs, which represent the studied section and over the entire range of filtering and capacitive properties. The collection of samples should be represented by both full-sized and standard samples, since they determine the processes taking place in different parts of the reservoir.

Keywords

full-sized core, complex carbonate reservoir, reservoir properties, oil displacement coefficient by water, method of statistical hypothesis testing.

Full Text

Введение На территории Российской Федерации увеличивается доля объектов разработки коллекторов со сложным строением. Например, нефтенасыщенные коллекторы ряда месторождений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (ТПНГП) характеризуются высокой трещиноватостью и кавернозностью. При подсчете запасов в проектах и технологических схемах разработки месторождений важно иметь сведения о физико-гидродинамических показателях. Достоверность информации в значительной степени зависит от выбора представительной коллекции образцов керна для фильтрационных исследований, охватывающих все диапазоны фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) и учитывающих типы пород-коллекторов. Детальное изучение физических свойств пород дает возможность прогнозировать скопление нефти и газа, оценивать фильтрационно-емкостные свойства пласта-коллектора, выбирать более эффективные методы вскрытия пласта и извлечения из него пластовой продукции. Достоверность в значительной степени зависит от обеспеченности петрофизической информацией [1-3]. Существует только один прямой способ получения такой информации - лабораторные исследования керна [4]. Целью данной работы является обоснование подбора коллекции образцов керна для проведения физико-гидродинамических исследований на примере Тэдинского месторождения, а также оценка необходимости использования керна с сохраненным диаметром для определения коэффициентов вытеснения нефти водой. Характеристика объекта исследований Тэдинское месторождение расположено в центральной части Большеземельской тундры и по административному делению входит в состав Ненецкого автономного округа (рис. 1) [5-7]. В тектоническом отношении оно расположено в западной части Хорейверской впадины в пределах Колвависовской ступени. На основании литолого-петрографических исследований выделены следующие типы пород-коллекторов: известняки микробиально-детритовые цианобионтные с различными структурами (сгустково-комковатые, обломочные, онколитовые или желваковые, биогермные и их переходные разности); известняки полифитные; известняки оолитовые; известняки детрито-микритовые и микритовые и тонкослойчатые строматолитоподобные. Все разновидности микробиально-детритовых и полифитных известняков встречаются совместно и связаны переходными разностями. Породы в разной степени перекристаллизованы, кальцитизированы, доломитизированы, стилолитизированы, трещиноватые и пористые или каверново-пористые (рис. 2). Рис. 1. Фрагмент обзорной карты северной части ТПНГП а б Рис. 2 Фотография шлифа: увеличение ´25. а - проходящий свет. Скопление органического детрита в микробиально-детритовом известняке; б - проходящий свет. Известняк комковато-обломочный Разработка методических рекомендаций по выбору представительной коллекции образцов для физико-гидродинамических исследований Эксперименты по определению коэффициента вытеснения нефти водой и относительных фазовых проницаемостей, проводимые в лабораторных условиях при моделировании термодинамических условий на керне с продуктивных интервалов, наиболее достоверно отражают гидродинамическую картину процессов, протекающих в пласте-коллекторе [8-26]. Одной из основных проблем при проведении физико-гидродинамических исследований на керновом материале является подбор представительной коллекции образцов, которая должна максимально точно отражать физико-гидродинамические процессы для изучаемого пласта. Для сложнопостроенных карбонатных коллекторов особенно важным является охватить максимальный диапазон изменения ФЕС [27]. Оценить не только процессы, проходящие в матрице породы, но и каверно-трещиноватую составляющую породы. Для разработки методических рекомендаций по выбору представительной коллекции образцов при проведении физико-гидродинамических исследований использовалось 2075 образцов керна (1532 образца стандартного размера и 543 образца полноразмерного керна), отобранных из шести скважин, приуроченных к объекту D3fm Тэдинского месторождения (рис. 3). Как видно из рис. 3, корреляционные поля по двум выборкам перекрываются, однако точки по образцам стандартного размера имеют большой разброс. Для того чтобы повысить информативность анализа, возникает необходимость совершенствования методов исследования и более детального изучения масштабного эффекта в широком диапазоне в зависимости от изменения структуры порового Образцы стандартного размера Полноразмерный керн Рис. 3. Зависимость газопроницаемости от пористости пространства. Это требует разработки новых методов оценки масштабного эффекта, разработки методики выбора представительной коллекции образцов полноразмерного керна для проведения фильтрационных исследований. На первом этапе рассчитана накопленная корреляция между коэффициентом открытой пористости и коэффициентом газопроницаемости по всей выборке образцов. Построены графики корреляции отдельно для образцов стандартного размера и полноразмерного керна (рис. 4). Графики накопительной корреляции характеризуют взаимосвязь коэффициента открытой пористости и газопроницаемости в разных диапазонах пористости. Разрывы, перерывы и кривизна на графиках для полноразмерных образцов и образцов стандартного размера отражают изменение структуры порового пространства в разных диапазонах. Площадь между графиками образцов стандартного размера и полноразмерным керном является мерой масштабного эффекта во всем диапазоне ФЕС изучаемого месторождения. Расстояние между отдельными точками графика в узком значении коэффициента проницаемости по газу количественно характеризует масштабный эффект данного диапазона. Подобные меры учета масштабного эффекта предлагаются впервые. Также, используя данный график, можно оценить граничные значения независимо от расчетных и использовать для оценки запасов и выделения коллекторов. Рассмотрим более подробно изменение угла наклона и другие эффекты на графиках накопительной корреляции. На рис. 4 выделена зона 1, в которой не может быть эффективного пустотного пространства, повышенное значение коэффициента проницаемости вызвано трещинами техногенного происхождения, образовавшимися при изготовлении образцов. Это подтверждается Образцы стандартного размера Полноразмерный керн Рис. 4. График накопительной корреляции для образцов стандартного размера и полноразмерного керна отсутствием корреляционных связей - образцы располагаются нелинейно. По рисунку можно четко выделить граничные значения, которые согласуются с расчетными показателями, взятыми на основании использования корреляционных связей проницаемости с открытой пористостью. Таким образом, используя данный подход, можно независимо определить граничные значения для оценки запасов и выделения коллекторов. В интервале пористости от 5 до 15 % (зона 2-3) прослеживается рост значений накопленной корреляции для обоих графиков, но для полноразмерного керна в интервале значения пористости 9 % отмечен резкий подъем, а также разрыв, вызванный значительным вкладом трещин в эффективное поровое пространство (зона 2). Далее происходит падение и выполаживание графика накопительной корреляции, обусловленное участием в большей степени каверн, пор в пустотном пространстве. График накопительной корреляции по полноразмерному керну демонстрирует более тесную связь с пористостью, но после значения пористости более 15 % наблюдаются разрыв и резкий рост, что обусловлено преобладающей ролью открытых пор в проницаемости и пористости - это свидетельствует о достоверности и информативности (зона 4). Разрывы графика накопительной корреляции по полноразмерному керну четко отбивают и фиксируют границы разделения по типам коллектора в представленном разрезе, а на образцах стандартного размера данный эффект проявляется нечетко , о нем можно судить лишь по изменению угла наклона. Кривая, характеризующая полноразмерный керн, расположена выше, а образцы стандартного размера - ниже, что демонстрирует масштабный эффект. В целом можно сделать вывод о том, что для оценки резервуара в сложнопостроенных коллекторах наиболее представительным является Рис. 5. Зависимость газопроницаемости от пористости с разделением образцов по типу коллекторов; Z1, Z4 обозначены линейные дискриминантные функции полноразмерный керн, а образцы стандартного размера следует использовать для определения граничных значений. На втором этапе проведено сопоставление результатов определения коэффициента открытой пористости и абсолютной газопроницаемости (рис. 5). Соотношение открытой пористости и абсолютной газопроницаемости отчетливо свидетельствует о различном характере связи между этими показателями для сложных карбонатных коллекторов с разным типом пустотного пространства (см. рис. 5). Основным критерием, определяющим тип коллектора, является способность породы пропускать через себя флюид, т.е. проницаемость. Экспериментально на основе методических рекомендаций по подсчету запасов вся выборка, в зависимости от того, по каким пустотам преобладает фильтрация флюида, была разделена на пять групп и выделены три основные группы по типам коллектора: 1. Трещинный коллектор - преобладающая роль микротрещин в проницаемости и пористости. Также в данной группе была выделена зона «трещины», в которой не может быть эффективного пустотного пространства, повышенное значение коэффициента проницаемости вызвано трещинами техногенного происхождения, образовавшимися при транспортировке кернового материала и изготовлении образцов. 2. Трещинно-порово-каверновый коллектор - породы с более сложным типом пустотного пространства за счет интенсивной кавернозности и трещиноватости (если каверн не очень много или они мелкие, то тип коллектора трещинно-каверново-поровый). 3. Каверново-поровый коллектор - преобладающая роль поровых каналов в проницаемости и пористости и дополнительное увеличение их за счет каверн. Сюда вошли образцы с поровым и крупно-поровым типом пустотного пространства и образцы с единичными или мелкими кавернами. 4-5. Поровый коллектор - преобладающая роль открытых пор в проницаемости и пористости. Статистический анализ распределения коэффициента открытой пористости для пяти выборок, соответствующих разделению, представленному на рис. 5, отдельно для образцов стандартного размера и для полноразмерного керна показывает схожую картину (рис. 6). Однако они отличаются по максимальным значениям: у полноразмерного керна максимальное значение 9 %, а у образцов стандартного размера - 6 %. Это говорит о том, что значения пористости более достоверны при исследовании полноразмерного керна, а на образцах стандартного размера это значение занижено - пример масштабного эффекта. В интервале пористости от 0 до 5 % представлены выборки для всех групп по тиру коллектора - диапазоны перекрываются как для образцов стандартного размера, так и для полноразмерного керна. С 5 до 15 % наблюдается увеличение доли выборки 3 и 4, вызванное вкладом образцов за счет интенсивной кавернозности и увеличением доли образцов из порового типа коллектора, но для полноразмерного керна распределение более нормальное, чем для образцов стандартного размера. После значения пористости 15 % количество образцов снижается в обеих выборках. Для полноразмерного керна после значения 18 % доля образцов из выборок 3-5 уменьшается значительно (см. рис. 6). На основе полученных групп построены линейно-дискриминантные функции (ЛДФ), которые позволяют разделять пространство корреляционного поля. Качество класссификации - от 92 до 97 %. Все полученные ЛДФ статистически значимы. Они могут быть использованы для классификации образцов в будущем, а их статистическая значимость подтверждает экспериментальное разделение на группы. ЛДФ для объекта D3fm Тэдинского месторождения имеют следующий вид: Z1 = 0,919 (Kп) - 0,907 (log10 (Kпрг)) - 2,803, clas = 92 %; Fp/Ft = 215,94, p < 0,00001; Z2 = 0,773 (Kп) - 2,066 (log10 (Kпрг)) - 5,043, clas = 93 %; Fp/Ft = 244,88, p < 0,00001; а б Рис. 6. Распределение коэффициента открытой пористости для образцов стандартного размера (а) и полноразмерного керна (б) Z3 = 0,776 (Kп) - 2,940 (log10 (Kпрг)) - 5,455, clas = 94 %; Fp/Ft = 355,63, p < 0,00001; Z4 = 0,883 (Kп) - 4,113 (log10 (Kпрг)) - 8,989, clas = 97 %; Fp/Ft = 168,76, p < 0,00001, где Kп - коэффициент открытой пористости, %; Kпрг - коэффициент газопроницаемости, 10-3 мкм2; сlas -правильная классификация, %; Fp/Ft - отношение расчетного и теоретического критерия Фишера; p - уровень значимости. ЛДФ Z1 и Z4 позволяют ограничить зону возможного отбора представительной коллекции образцов и зоны отбракованных образцов для объекта D3fm Тэдинского месторождения (см. рис. 5). Применив данный подход, можно выделить три зоны, которые наиболее корректно отражают физико-гидродинамическую картину пласта (рис. 7): - зона 1 не представлена образцами, рекомендуемыми к отбору (сведена к минимуму по граничному значению пористости); - зона 2 представлена смешанными образцами стандартного размера и с сохраненным диаметром (полноразмерный керн); - зона 3 представлена только образцами с сохраненным диаметром. Образцы 30´30 мм, отобранные по коэффициенту вытеснения нефти водой и относительной фазовой проницаемости Образцы 100´100 мм, отобранные по коэффициенту вытеснения нефти водой и относительной фазовой проницаемости Рис. 7. Зависимость газопроницаемости от пористости (всего 2075 образцов) После определения ФЕС в атмосферных условиях и выделения зон, рекомендуемых для отбора образцов, сформирована выборка из 30 образцов полноразмерного керна и 38 образцов стандартного размера для проведения на них экспериментов по определению коэффициента вытеснения нефти водой. На основе выбранной коллекции образцов проведены фильтрационные исследования по определению коэффициента вытеснения нефти водой. Для этого первоначально сухие образцы взвешивались, после чего под вакуумом насыщались моделью пластовой воды. Определены открытая пористость газоволюметрическим методом и проницаемость образцов по воде. После этого на образцах полноразмерного керна моделировалась остаточная водонасыщенность методом капиллярной вытяжки, соответствующей или близкой к значениям, полученным в результате экспериментов по снятию кривой капиллярного давления, затем образцы донасыщались неполярным керосином [28-29]. На образцах керна стандартного размера остаточная водонасыщенность создавалась методом полупроницаемой мембраны. Далее образцы насыщались неполярным керосином. После повышения давления в системе керосин прокачивался в объеме 3-4 поровых объемов образца, после чего замещался на модель нефти, которая прокачивалась в том же объеме, создавая начальную нефтенасыщенность в образце. После этого осуществлялось вытеснение нефти в бюретку высокого давления. Фильтрационные исследования проводились при моделировании термобарических условий, соответствующих условиям залегания, согласно ОСТ 39-195-86 [30]. Анализ полученных результатов Для оценки представительности выбранной коллекции образцов проведен анализ t-статистики, результаты представлены в таблице [31-38]. По результатам анализа гистограммы (рис. 8, а) для образцов стандартного размера наблюдается смещение в левую часть с низкими значениями коэффициента вытеснения нефти водой; для полноразмерных образцов - смещение в правую часть с высокими значениями коэффициента вытеснения нефти водой. Статистический анализ коэффициента вытеснения, доли ед., для двух выборок (t = -3,60558) Параметр Стандартный образец Полноразмерный керн Количество наблюдений 38 30 Среднее значение 0,439 0,534 Стандартное отклонение 0,13285 0,065 а б Рис. 8. Распределение: а - коэффициента вытеснения нефти водой в зависимости от частости в общей выборке полученных экспериментальных значений; б - средних значений коэффициента вытеснения нефти водой Завышенные значения коэффициента вытеснения нефти водой обусловлены относительно небольшими размерами образца в сравнении с кавернами большого диаметра и микротрещинами, по которым осуществляется основная фильтрация, не затрагивая матрицу породы. Поэтому из трещинно-каверно-порового типа коллектора для проведения исследований по определению коэффициента вытеснения нефти водой рекомендуется отбирать полноразмерные образцы с сохраненным диаметром, которые учитывают масштабный эффект и включают в себя микротрещины, каверны большого размера и матрицу породы, соизмеримые с размерами образцов [39-45]. Данное утверждение подтверждается гистограммой распределения значений коэффициента вытеснения нефти водой в различных диапазонах газопроницаемости для объекта D3fm Тэдинского месторождения (см. рис. 8, б). На рисунке показано, что средние значения коэффициентов вытеснения нефти водой по образцам полноразмерного керна выше, чем у образцов керна стандартного размера. Сравнительный анализ значений коэф-фициента вытеснения нефти водой с использованием образцов стандартного размера и полноразмерного керна показывает, что полученные на образцах стандартного размера значения занижены, а по коэффициенту остаточной нефтенасыщенности завышены. Использование данных, полученных по образцам стандартного размера, приводит к погрешности коэффициента вытеснения нефти водой, как следствие - искажает коэффициент извлечения нефти, что ведет к ошибочной оценке извлекаемых запасов нефти. Вследствие этого необходимо учитывать масштабный эффект при проведении фильтрационных исследований. Выводы В результате выполненных исследований были научно обоснованы методические рекомендации по выбору представительной коллекции образцов для физико-гидродинамических исследований. Впервые предложена и описана количественная мера масштабного эффекта для полноразмерных и стандартных образцов керна через сопоставление графиков накопительной корреляции по соотношению коэффициентов проницаемости и пористости. На основе проведенного линейного дискриминантного анализа была решена практическая задача разделения по типам коллектора для продуктивных отложений объекта D3fm Тэдинского месторождения. Предложенные методические рекомендации по выбору представительной коллекции образцов позволяют наиболее точно подобрать образцы для фильтрационных исследований, которые будут наиболее корректно отражать физико-гидродинамическую картину пласта, а результаты будут использоваться при подсчете запасов и в проектно-технической документации. Усовершенствованные методы изучения сложнопостроенных коллекторов с использованием полноразмерного керна позволяют повысить достоверность петрофизической информации, привлекаемой при подсчете (уточнении) запасов, технико-экономическом обосновании коэффициента извлечения нефти, проектов и технологических схем разработки.

About the authors