Конфигурация залежей углеводородов

 

Содержание

Стр.

 

Введение……………………………………………………………………....….3

1 Виды остаточной нефтенасыщенности………………………………..….…4

2 Прогноз ОНН в лабораторных условиях………………………………….…7

3 Прогноз ОНН по петрофизическим связям………………………………….12

4 Результаты определения остаточной нефтенасыщенности по материалам лабораторного исследования керна …………………………………..............14

5 Определение кондиционных значений коллекторских свойств по остаточной объемной нефтенасыщенности…………….…….………….……19

Заключение………………………………………………….……………………26

Библиография…………………………………………………………………….27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Нефтенасыщение продуктивных пластов является одним из важнейших параметров, характеризующих промышленную ценность коллектора и определяющих эффективность  систем  разработки.  Существующее до эксплуатации природное (начальное) состояние нефтенасыщенных коллекторов в процессе разработки изменяется и преобразуется в сложное по  насыщенности  состояние,  на  которое,  помимо геологической неоднородности  и других  природных факторов,  большое влияние оказывают и технологические,  такие как система разработки  и условия вытеснения нефти.  Подавляющее большинство нефтяных  месторождений Беларуси  и России разрабатывается с использованием заводнения. В процессе заводнения тип смачиваемости и поверхностные свойства  коллекторов оказывают существенное  влияние на  характер распределения  нефти  и  воды  во  внутрипоровом  пространстве.  В заводненном коллекторе  формируется остаточное нефтенасыщение  (ОНН),  обладающее  особой структурой, свойствами  и распределением в пласте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВИДЫ ОСТАТОЧНОЙ НЕФТЕНАСЫЩЕННОСТИ

В заводненном коллекторе  формируется остаточное нефтенасыщение  (ОНН),  обладающее  особой структурой, свойствами  и распределением в пласте. Нефтенасыщение  разрабатываемого пласта  представляется  двумя классами:  нефтенасыщение  невыработанных  участков коллектора  (не  охваченных  процессом заводнения)  и ОНН заводненных пластов.  В заводненных пластах выделяются  несколько видов ОНН:  капиллярно-защемленное, адсорбированное,  пленочное ОНН и ОНН тупиковых (непроточных)  пор.  Вместе  они составляют остаточное нефтенасыщение разрабатываемых пластов. Изучение каждого из этих  видов и всей  структуры остаточного нефтенасыщения  разрабатываемых пластов в целом необходимо в связи с проблемой информационного обеспечения и структуризации, оценки  и прогноза  ОНН в разрабатываемых пластах,  а так же  при адресном проектировании методов увеличения  нефтеотдачи.  Поэтому,  в первой  главе анализируются известные механизмы образования различных видов ОНН.

Адсорбированная  ОНН формируется преимущественно в гидрофобных участках коллектора.  Свойства  адсорбированной ОНН зависят от  состава пластовой нефти,  от термобарических условий в пластах,  минерального  состава пористой  среды и состава пластовых вод.  Полярные  компоненты  природных  нефтей  являются  поверхностно-активными веществами  и адсорбируются на  внутрипоровой  поверхности минерального скелета породы.  Адсорбированная нефть,  за  счет  действия  поверхностных сил межмолекулярного  взаимодействия,  в свою  очередь,  удерживает  на  своей поверхности слой пленочной нефти. ОНН тупиковых пор формируется в порах со сложным строением и в извилистых  капиллярах,  которые с гидродинамической точки зрения  являются застойными  (не  проточными)  зонами  пустотного  объема,  и в них не  возможен  процесс вытеснения ни под действием гидродинамических, ни под действием капиллярных сил. В этих порах возможны лишь медленные массообменные процессы с проточными порами.

По  отдельности,  два  последних  вида  ОНН,  существующими  на  сегодняшний  день лабораторными  методами  выделить  сложно,  поэтому  они  определяются  совместно.

Капиллярно-защемленная  ОНН представляет собой  микроскопические  капли  нефти  - глобулы,  защемленные  в  расширениях  порового  пространства  - порах,  узлах  пор.  В процессе  вытеснения  нефти  водой,  под  действием  капиллярных  сил,  происходит защемление  нефти  в  пористой  среде.  В  зависимости  и  по  мере  снижения  соотношения капиллярных  и  гидродинамических  сил  (∆Pк/∆Pг),  выделяется  три режима  образования ОНН.  При капиллярном режиме  нефть защемляется в крупных порах,  при капиллярно-напорном  режиме  объемы  защемленной нефти уменьшаются,  а при автомодельном режиме вытеснения условия для защемления отсутствуют и остаточное нефтенасыщение соответствует минимальным значениям (рисунок 1).

 

а – схема капиллярного замещения нефти в отдельной  поре; б –  схема капиллярного замещения нефти в отдельной поре; в – схема вытеснения нефти при перепаде давления.

Рисунок 1 – Схема капиллярного замещения и вытеснения нефти в отдельной поре.

 

Анализ информативности  способов исследования и определения  ОНН показывает, что  некоторые  из  описанных  видов  ОНН  определяются  экспериментами  на  керне  в  лабораторных  условиях.  В  настоящее  время  не  получено  количественных  связей  между выделенными видами ОНН и свойствами пласта, что не позволяет априори количественно оценить  содержание  этих  видов,  дать  структуру  и  распределение  ОНН  в  пласте.  Как показывают многие исследователи, в общем случае зависимости ОНН от фильтрационных и  микроструктурных  свойств  породы  отсутствуют.  Это  связано  с  тем,  что  разные  виды ОНН образовываются при разных режимах вытеснения. В то же время, для капиллярного и автомодельного режимов такие связи должны существовать (рисунок 2).

 

П_кр1 и П_кр2 – критические значения градиента гидродинамического давления.

Рисунок 2 – Зависимость коеффициентов ОН ( К^он ) от соотношения капиллярных и напорных сил ( P_к\ P_г )^-1 при трех режимах вытеснения водой.

 

В  работе  проведено  качественное  исследование  информативности  различных методов  определения  ОНН  по  критериям  оценки  выделенных  видов ОНН. 

 

 

 

 

2 ПРОГНОЗ ОНН  В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Разработано значительное количество способов прогнозных оценок ОНН, основанных на воссоздании процесса вытеснения нефти водой в условиях лабораторного  эксперимента. Для воссоздания процессов  вытеснения используются законсервированные и незаконсервированные керны, пластовые или синтетические флюиды, эксперименты проводят при поверхностных и пластовых условиях. Прогнозные оценки ОНН можно получить при лабораторном изучении нефтеотдачи, коэффициента вытеснения и фазовых проницаемостей, а также при анализе заводнения посредством противоточного капиллярного впитывания и по результатам центрифугирования кернов. Данные об ОНН получают до начала или на ранних стадиях разработки месторождения, а точность лабораторных оценок очень высока.

Моделирование вытеснения предполагает воссоздание процеcса в условиях, максимально соответствующих пластовым. Однако реально осуществить такое соответствие практически невозможно, так как в процессе отбора и транспортировки керна на поверхность изменяются его поверхностные и коллекторские свойства, изменения происходят и при воссоздании пластовой насыщенности, и в процессе вытеснения. При моделировании используются керны, отобранные по обычной технологии, керны, отобранные по технологии с предохранением изменения смачиваемости, очищенные керны и керны с восстановленной смачиваемостью. При моделировании ОНН определяющую роль играет смачиватель коллектора. Изменение смачиваемости кернов происходит с момента проникновения в него фильтрата промывочной жидкости. Наиболее существенные изменения происходят при использовании растворов, содержащих ПАВ, или с pH, сильно отличающимися от пластовых флюидов. Эмульсии буровых растворов на нефтяной основе и растворы, содержащие ПАВ, щелочи, органические ингибиторы и линосульфонаты, существенно искажают природную смачиваемость коллектора [3].

Для сохранения природной  смачиваемости кернов рекомендуется их отбор на следующих флюидах: 1) синтетический пластовый рассол; 2) пластовая неокисленная нефть; 3) буровой раствор на водной основе с минимальным количеством добавок. Если использование этих флюидов невозможно, то следует применять буровой раствор на водной основе, содержащий только бентонит, карбоксиметилцеллюлозу, минеральную соль и барий. Однако использование карбоксиметилцеллюлозы может гидрофилизировать природно гидрофобные пласты.

Такие компоненты бурового раствора, как известь, крахмал, тетрафосфат натрия и линосульфонол кальция изменяют смачиваемость гидрофобных коллекторов.

Природно гидрофильные пласты в меньшей степени подвержены изменению поверхностных свойств под действием компонентов бурового раствора. Изменение смачиваемости керна происходит и после его выноса на поверхность. При воздействии воздуха вещества в сырой нефти быстро окисляются и образуют полярные продукты, изменяющие смачиваемость. Кроме того, если керн высыхает, то на внутрипоровой поверхности отлагается мощный осадок из сырой нефти. Для сохранения смачиваемости в поверхностных условиях рекомендуются специальные процедуры упаковки керна [7], которые предполагают заворачивание кернов прямо на скважине в алюминиевую фольгу, затем керны герметизируют посредством парафинизации или покрытия специальным пластиком.

Альтернативный метод заключается в погружении кернов в раскисленный пласт либо синтетический рассол в упругой трубке или остекленной стали, которые затем изолируются [7].

Однако, если даже удалось избежать изменения природной смачиваемости в процессе бурения и хранения керна, то практически невозможно сохранить природную смачиваемость при транспортировке керна на поверхность. При уменьшении давления от пластового до атмосферного природная нефть изменяет свои свойства - из нее удаляются легкие фракции, тяжелые же фракции могут терять стабильность и откладываться на внутрипоровой поверхности, делая более гидрофобной. Снижение температуры уменьшает также растворимость некоторых компонентов нефти, которые могут изменять смачиваемость.

Отбор кернов с сохранением пластовых условий частично решает проблему - предотвращается потеря легких фракций; однако глубокое замораживание кернов приводит к интенсивному отложению гидрофобизующих компонентов. 

Кроме поверхностных свойств при отборе и транспортировке керна изменяются и его фильтрационно-емкостные свойства, но изменения не оказывают столь существенного влияния на остаточное нефтенасыщение.

Значимость влияния эффектов изменения поверхностных коллекторских свойств при отборе керна и его хранении на результаты лабораторного моделирования ОНН продемонстрирована многими исследователями.

Д.Люффель и Р.Раидал (1960 г.) сопоставили значения остаточного нефтенасыщения, полученного лабораторным моделированием с использованием специально предохраненных кернов и очищенных кернов. Предохраненные от изменений керны были взяты со специальным буровым раствором на водной основе, затем загерметизированны, чтобы предотвратить испарение и изменение пластовой смачиваемости. Предохраненные образцы были заводнены рассолом, который вытеснялся керосином до остаточного водонасыщения, затем был воссоздан процесс вытеснения и определялось ОНН. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

На коллекторах из двух месторождений (А и В) значения ОНН  для очищенного и предохраненного  керна оказались очень близкими.

 

 

 

 

Таблица 1 – Значения ОНН  для очищенного и предохраненного  керна

Коллектор	Кно
	Предохран. Керн	Очищенный керн
А	17,6	17,0
В	17,2	16,4
С	15,2	27,1

 

Однако в коллекторе С среднее ОНН для предохраненных кернов казалось намного ниже, чем для очищенных.

Дж. Ретмел и другие (1973 г.) сравнивали остаточное нефтенасыщение для кернов в естественном состоянии и очищенных с одновременным изучением смачиваемости коллектора. Результаты сравнения приведены в таблице 2.

В коллекторах 2,3 и 7 ОНН существенно  изменилось. В коллекторе 2 она возросла с 15,8 до 33,2 %. Керн охарактеризован как сильно гидрофильный, наоборот, в гидрофобном коллекторе 7 значение остаточного нефтенасыщения снизилось приблизительно на 13 %, Приведенные данные показывают, что изменение природных поверхностных свойств коллектора может обусловливать значительное изменение ОНН как в сторону завышения, так и в сторону занижения, в зависимости от истинной природной смачиваемости.

При прогнозных оценках ОНН по данным лабораторного заводнения, помимо проблемы коллектора существует проблема флюидов, моделирующих пластовую нефть и остаточную воду. Используются модели нефти, сырая и очищенная нефть.

 

 

 

Таблица 2 - Остаточное нефтенасыщение для кернов в естественном состоянии и очищенных с одновременным изучением смачиваемости коллектора

Коллектор	Смачиваемость в естественном состоянии		Кно
			Предохраненный керн	Очищенный керн
1	Сильно гидрофильный		27,3	31,6
2	То же		15,8	33,2
3	“		44,8	47,0
4	Гидрофильный		37,5	35,2
5	Сильно гидрофобный		29,4	36,4
6	То же		17,0	18,3
7		Гидрофобный	35,1		20,5
8		Промежуточная смачиваемость	22,0		19,8