ЦИФРОВАЯ ПЕТРОФИЗИКА» ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЕМКОСТНЫХ СВОСТВ НИЗКОПРНИЦАЕМЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Авторы

Пономарев А.А.,  Заватский М.Д., Ведута О.В., Вяткина К.О. , Коряшов И.

Анотация

В данной работе рассматривается проблема изучения фильтрационно-емкостных свойств низкопроницаемых пород-коллекторов. Объектом исследования явились породы баженовской свиты, отобранные из скважины, пробуренной на одном из месторождений Западно-Сибирского бассейна. Проведен ряд экспериментов по определению пористости пород различными методами — насыщение гелием, ядерно-магнитный резонанс, компьютерная микротомография. Проведен сравнительный анализ данных для оценки эффективности разных методов. Полученные результаты показали, что общепринятые методы петрофизических исследований недостаточны в случае работы с карбонатно-глинистыми низкопроницаемыми породами с высоким содержанием трудно экстрагируемой органики. Дополнительные данные, полученные методом компьютерной микротомографии, позволили значительно повысить объективность результатов исследований. Сделан вывод, что наиболее рациональным методом исследований низкопроницаемых пород будет являться комплексирование ядерно-магнитного резонанса и компьютерной микротомографии.

Введение.

В настоящее время  отмечается повышенное внимание к месторождениям углеводородов,относящимся к категории трудноизвлекаемых запасов, локализованным в нестандартных и сложнопостроенныхколлекторах. Особенно это актуально для условий Западной Сибири, где наблюдается исчерпание фонда перспективных крупных ловушек УВ, открытых  в основном в 60-80-ых годах прошлого столетия. Освоение нестандартных объектов осложняется тем, что коллекторы с низкой проницаемостью и высокой вязкостью нефти, не поддаются стандартным петрофизическим методам исследования. Появляется необходимость внедрения инновационных подходов и применение нестандартных методик изучения, а так же экономии средств при изучении фильтрационно-емкостных свойств горных пород.

Запасы УВ–сырья, относящиеся к категории трудноизвлекаемых, в Западной Сибири чаще всего встречаются в коллекторахверхней юры и нижнего мела: тюменская, и баженовская свиты, ачимовская пачка. По геологическому строению залежи в этих отложениях могут быть совершенно разные, но их объединяет одна проблема. Запасы данных месторождений можно отнести к трудно извлекаемым по следующим характеристикам вмещающих отложений: низкие фильтрационно-емкостные свойства, литологическая изменчивость, неоднородность в пространственном расположении по площади, а также повышенный градиент пластового давления продуктивных горизонтов [1]. В таких условиях стандартные методы определения фильтрационно-емкостных свойств по керну могут быть неэффективны. При пробоподготовке образцов (экстракция углеводородов) не удается извлечь органику полностью, в микро и нанопорах остается битумоид, что априори искажает результаты исследований. Поэтому представляется целесообразным введение в комплекс петрофизических исследований нестандартных коллекторов принципиально новых методов. Наиболее перспективным направлением в этом отношении является компьютерная микротомография, позволяющая визуализировать в объеме структуру пустотного пространства образца породы.

Теоретическая характеристика методов определения пористости.

Главной задачей петрофизических исследований коллекторов является определение их фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС). В любом из стандартных методов определения открытой пористости посредством насыщения пустотного пространства жидкостью или газом, предполагается предварительная экстракция нефти из керна, с последующей сушкой образца для удаления воды. После чего идет насыщение и расчет открытой пористости. В случае работы со сложными коллекторами (низкая проницаемость, вязкая нефть) точные расчеты невозможны, так как без разрушения породы не удается полностью извлечь жидкую фазу органического вещества, а это влечет за собой значительные ошибки при определении пористости.

Альтернативный подход к определению ФЕС – методядерно-магнитного резонанса (ЯМР) – резонансное поглощение электромагнитных волн атомными ядрами, происходящее при изменении ориентации векторов их собственных моментов количества движения (спинов). ЯМР возникает в образцах, помещенных в сильное постоянное магнитное поле, при одновременном воздействии на них перпендикулярно направленного переменного электромагнитного поля радиочастотного диапазона. [4]

Метод ЯМР, как правило, гораздо эффективнее для анализа сложных коллекторов,чем распространенные способы определения ФЕС путем экстракции и насыщения.Однако и этот метод имеет проблемы с определением пористости в глинистых, а так же высоко пиритизированных породах. Отмечаются так же сложности с правильной интерпретацией суммарного сигнала в распределение времен поперечной (T2) релаксации. Тому свидетельствует ряд научных работ посвященных изучению ФЕС пород коллекторов. Так например, Зубков Ю.М. и Потапов А.Г. отмечают: «… употребление понятия «пористость» по ЯМР – не вполне корректно, так как на самом деле с помощью релаксометра определяется не собственно пористость образцов, а суммарное объемное содержание водорода, входящего в состав флюидов, насыщающих тот или иной образец. Далее будет показано, что высушивание образцов по стандартной методике при 105 ̊С не позволяет полностью освободить их от водородосодержащих флюидов, поэтому донасыщая их затем, например, водой или керосином, получают завышенные значения пористости по данным ЯМР по сравнению с весовым методом. Особенно большие ошибки получаются при исследованиях с помощью ЯМР глинистых образцов и образцов, содержащих в себе жидкие УВ, как, например, битуминозные отложения баженовской свиты. Напротив, образцы, в которых присутствуют смешанослойные образования с набухающими компонентами в их составе, обладают специфическими свойствами, заключающимися в том, что молекулы водородосодержащих флюидов, попадая в межслоевое пространство этих глинистых минералов, настолько прочно удерживаются ими, что время релаксации атомов водорода, входящих в их состав становится слишком коротким, чтобы быть зафиксированным прибором ЯМР. Поэтому значения пористости этих образцов, полученные весовым методом, оказываются выше, чем величины «пористости», полученные с помощью ЯМР. »[3]

Так же Шумскайте М.Й. и Глинских В.Н. утверждают, что количество и тип глинистых минералов влияют на результаты измеренийЯМР, а именно приводят к изменению амплитуды, ширины и смещению спектров и обусловливают определяющий вклад глинисто-связанного флюида всуммарный связанный при остаточном насыщении.[2]

Наиболее объективные данные по емкостным свойствам низкопроницаемых горных пород может дать метод компьютерной микротомографии (мКТ). Суть метода заключается в создании трехмерной модели внутренней структуры образца из набора рентгеновских снимков. Главные преимущества метода по сравнению со стандартными исследованиями: неразрушающий характер исследования, возможность оценки качества образца для дальнейших исследований, комплексный характер данных о физико-механических и структурно-текстурных свойствах горной породы и возможность исследовать образцы неправильной геометрической формы.

У мКТ тоже есть ряд вопросов, требующих внимания, например: ограниченная разрешающая способность камеры, трудности с разделением близких по рентген-плотности минералов, а так же с сегментацией внутри горной породы, флюидов и керогена. В зависимости от литотипа исследуемой породы необходимо тщательно подбирать режимы сканирования и реконструкции модели. В связи со сложностью формализации требований к параметрам измерений, государственные стандарты на определение пористости, минерального состава, проницаемости методом микротомографии пока отсутствуют. Тем не менее, уже наработан положительный опыт в этом направлении, поставлен ряд научных экспериментов, включая сопоставление данных микро-КТ с данными традиционных методик, включая оптическую микроскопию, где отмечается степень корреляции[1,4-8].

Экспериментальная часть.

Объектом исследования выступают горные породы баженовской свиты, отобранные из скважины, пробуренной на месторождении в западной части Западно-Сибирского бассейна.

Приборная база для проведения эксперимента — компьютерный микротомограф Skyscan 1172 (учебно-научная геохимическая лаборатория Тюменского индустриального университета), ЯМР — спектрометр Хроматэк — 20М, производства ЗАО СКБ «Хроматэк»,порозиметр-пермеаметр АР-608 компании «Coretestsystems», микроскоп OLYMPUS BX53, рентгеновский дифрактометр ДРОН-7 с установленным твердотельным энергодисперсионным детектором (Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности)

Экспериментальная часть работы заключалась в оценке эффективности методов определения пористости в низкопроницаемых битуминозных коллекторах. Был проведен комплексный анализ двух образцов баженовской свиты: рентгенофазовый анализ для определения минерального состава, определение пористости методами насыщения гелием, ЯМР и компьютерной микротомографией.

На мКТ исследовались образцы цилиндрической формы диаметром 4 мм. Настройки сканирования: напряжение на трубке 100 кВ; угол поворота 0,3̊; количество кадров 5, разрешающая способность — 1,6 мкм/pxl. Сопровождающее программное обеспечение — CTan, CTvox, Nrecon. Результаты комплексного анализа образцов представлены на рисунке 1.

Наблюдаются очень низкие значения пористости при определении ее методом насыщения гелием, что обусловлено недостаточной степенью экстракции органического вещества, находящегося в капиллярных и субкапиллярных поровых каналах. Особенно низкие показатели в определении пористости наблюдаются у образца №1, который представлен биоморфной глинисто-кремнистой породой (содержание кремния более 50%, глины 35%), обогащеннойорганическим веществом.

Анализ оценки размеров эквивалент диаметров поровых каналов проводился методом компьютерной микротомографии – результаты представлены на рисунке 2. Видно, что пустотное пространство образца №1 в большей части представлено каналами диаметром меньше 8 мкм, а максимальный диаметр около 15 мкм. Образец №2, характеризуется переслаиванием фосфатной известковистой нефтенасыщенной породой (с высоким содержанием P2O5– более 17%) с аргиллитом, обогащенным органическим веществом. Для него характерны каналы размером до 13 мкм, а максимальный диаметр около 32 мкм. На этом основании можно заключить, что размер поровых каналов влияет на качество экстракции органического вещества из породы. Целесообразно было бы провести дополнительные эксперименты для выявления граничных размеров поровых каналов, полное экстрагирование органического вещества из которых без разрушения породы проблематично. Эти данные были бы крайне полезны для уточнения критериев эффективности экстракции образцов низкопроницаемых горных пород.

Рисунок 1 Результаты комплексного анализа двух образцов баженовской свиты
Рисунок 2 Результаты определения эквивалент-диаметров пор методом компьютерной микротомографии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Метод ЯМР показал сходимость результатов с компьютерной микротомографией в образце №2, где отсутствует глинистый материал. В образце №1, где содержание глинистого материала составляет порядка 35%, данный метод показал заниженные результаты.

Метод компьютерной микротомографии показал наиболее высокие значения пористости. Однако следует отметить, что органическое вещество горной породы, включая кероген, данный метод определяет как пустотное пространство. В этой связи для уточнения данных, исходя из результатов комплексного анализа пород, следует вычитать долю керогена из общей пористости, определенной методом микро-КТ. В результате получатся следующие значения пористости: образец №1 – 16,2%; образец №2 – 12,7%.

В ходе проделанной работы был проведен сравнительный анализ методов определения пористости горных пород-коллекторов, с низкой проницаемостью и высоким содержанием тяжелых углеводородов. По результатам работы можно сделать следующие выводы:

— Метод ЯМР эффективен при определении пористости в породах, с малым  содержанием глинистого материала.

— Метод определения пористости путем насыщения горной породы гелием в данном случае неэффективен. Обусловлено это невозможностью экстракции нефти из капиллярных и субкапиллярных поровых каналов без разрушения породы. Для уточнения граничных размеров поровых каналов необходимо провести дополнительные исследования, кроме этого учитывать объемное содержание в породе тяжелой нефти.

— Компьютерная микротомография показала самые высокие значения пористости пород. Следует учитывать, что кероген имеет невысокую рентген-плотность, поэтому требуются данные по его содержанию в породе. Необходимо вычитать объем керогена из полученных значений общей пористости.

— Комплекс ЯМР плюс мКТ представляется наиболее объективным  при определении ФЕС низкопроницаемых коллекторов, 

Список литературы.

1. Вахрушева И.А. Гильманов Я.И. Патраков Д.П. Цифровой керн — новое направление петрофизических исследований керна. Современное состояние в России и Мире. Сборник тезисов V научно-практической конференции суперкомпьютерные технологии в нефтегазовой отрасли. Математические методы, программное и аппаратное обеспечение, 2015 г., 112-116 с.

2. Шумскайте М.Й., Глинских В.Н. в работе «Анализ влияния объемного содержания и типа глинистых минералов на релаксационные характеристики песчано-алевритовых образцов керна» Каротажник 2015 №7, с. 56-62

3. Зубков Ю.М. и Потапов А.Г. «Спектры ядерно-магнитного резонанса пород бажено-абалакского комплекса Западной Сибири», Каротажник, 2014 №8, с. 3-32.

4. М.К. Иванов, Г.А. Калмыков, В.С. Белохин, Д.В. Корост, Р.А. Хамидуллин «Петрофизические методы исследования кернового материала» учебное пособие 2008 г.

5. Пономарев А.А., Заватский М.Д. Методы применения компьютерной микротомографии в геологии. Известия высших учебных заведений НЕФТЬ И ГАЗ, 3/15, 29-33 с.

6. Парфенов В.Г., Никифоров А.С., Пономарев А.А. Использование рентгеновской микротомографии для определения нефтепроницаемости грунтов.  Материалы девятой международной научно-технической конференции «ГЕОЛОГИЯ И НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО МЕГАБАССЕЙНА» 2014 г.,  276-278 с.

7. Д.В. Корост диссертация «Неоднородность строения терригенных коллекторов и типы структуры их пустотного пространства. (На примере верхней части Тюменской свиты Урненского нефтяного месторождения Западной Сибири)»

8. Stuart R. Stock, 2009 «MICROCOMPUTED TOMOGRAPHY Methodology and Applications»

Добавить комментарий

%d такие блоггеры, как:
search previous next tag category expand menu location phone mail time cart zoom edit close