Исследование и учет деформационных процессов при разработке залежей нефти в терригенных коллекторах
На правах рукописи
КАШНИКОВ ОЛЕГ ЮРЬЕВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ И УЧЕТ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ В ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тюмень - 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ПГТУ») Федерального агентства по образованию
| Научный руководитель | - кандидат технических наук, доцент Мордвинов Виктор Антонович |
| Официальные оппоненты | - доктор геолого-минералогических наук, профессор Попов Иван Павлович - кандидат технических наук, доцент Севастьянов Алексей Александрович |
| Ведущая организация | -Общество с ограниченной ответственностью «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» (ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ») |
Защита состоится 25 октября 2008 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72 а, каб. 32.
Автореферат разослан 25 сентября 2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д.212.273.01
доктор технических наук, профессор Г.П. Зозуля
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Продуктивность нефтедобывающих скважин является одним из основных факторов, определяющих технико-экономические показатели разработки нефтяных залежей. Наряду с естественными геолого-физическими характеристиками продуктивных пластов на показатели продуктивности скважин оказывают существенное влияние техногенные явления, сопровождающие процесс разработки месторождения.
Как правило, при разработке нефтяных залежей пластовое давление, особенно в начальные периоды, когда не сформирована система его поддержания (ППД), заметно снижается. При этом горная порода испытывает дополнительные нагрузки, приводящие к упругим и/или пластическим деформациям коллектора, которые оказывают существенное влияние на его фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС), что может стать причиной значительного уменьшения продуктивности скважин. Выполненные в СургутНИПИнефть исследования по оценке коэффициентов нефтеизвлечения для низкопроницаемых коллекторов (Н.А.Черемисин, В.П.Сонич, П.А.Ефимов, 2001), показали, что доля недобытой нефти за счет неупругой деформации может достигать 20-30%. Недоучет этого фактора при проектировании ведет к существенным погрешностям при оценке технико-экономических показателей разработки нефтяных залежей.
Ставшие доступными в последние годы продолжительные экспериментальные исследования кернового материала свидетельствуют о том, что пластические свойства пород-коллекторов и связанные с ними изменения пористости и проницаемости проявляются, прежде всего, в процессе длительного воздействия повышенных эффективных напряжений, что характерно для разработки залежей при снижении пластового давления, а также при формировании депрессионных воронок вокруг добывающих скважин. Проведение исследований в данном направлении актуально в теоретическом отношении и для решения практических задач.
Диссертационная работа посвящена изучению особенностей проявления в продуктивном пласте деформационных процессов, вызванных действием длительных напряжений, влиянием их на изменение физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств горных пород с целью учета этих изменений при разработке нефтяных месторождений.
Цель работы
Повышение эффективности нефтеизвлечения на месторождениях Пермского Прикамья на основе разработки научно – методического подхода к учету влияния техногенного деформирования терригенных пластов при их гидродинамическом моделировании.
Основные задачи исследований
1.Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований влияния снижения пластового давления на фильтрационно-емкостные свойства терригенных коллекторов при разработке нефтяных и газовых залежей.
2. Проведение экспериментальных исследований изменения физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств образцов керна терригенных продуктивных пластов при длительном действии эффективных напряжений.
3. Анализ результатов промысловых исследований скважин с целью выявления влияния изменения пластового давления на фильтрационные параметры пласта и продуктивность скважин.
4. Теоретическое обоснование и разработка алгоритма гидродинамического моделирования разработки нефтяных залежей, учитывающего влияние техногенных процессов на изменение фильтрационно-емкостных свойств пластов.
5. Численное моделирование влияния техногенных деформаций терригенного коллектора на продуктивность добывающих скважин.
6. Апробация результатов исследований при расчете основных технологических показателей разработки нефтяных залежей Пермского Прикамья с учетом деформаций коллектора и изменения фильтрационно-емкостных свойств пластов.
Научная новизна выполненной работы
1. Экспериментально установлено, что при продолжительном периоде снижения пластового давления имеют место необратимые пластические деформации продуктивных терригенных пластов, которые ведут к значительному снижению фильтрационно-емкостных свойств горных пород и коэффициентов продуктивности скважин Шершневского, Сибирского и Трифоновского месторождений.
2. Впервые для описания механизма изменения фильтрационно-емкостных свойств терригенных коллекторов при снижении пластового давления использованы уравнения теории ползучести горных пород.
3. Научно обоснована необходимость формирования и ввода в эксплуатацию систем поддержания пластового давления на ранних стадиях разработки залежей нефти в терригенных коллекторах (аналогах бобриковских объектов Шершневского нефтяного месторождения) при снижении пластового давления и деформациях коллектора с изменениями ФЕС.
Практическая ценность и реализация
- Результаты экспериментальных исследований по оценке изменения физико-механических и фильтрационно - емкостных свойств образцов керна при длительном действии высоких эффективных напряжений учитываются в гидродинамических расчетах при моделировании и анализе разработки залежей нефтяных месторождений Пермского Прикамья.
- Разработанные методические подходы к учету деформаций терригенных пластов позволяют обоснованно вести расчет технологических показателей разработки и оптимизировать процессы добычи нефти путем своевременного ввода в эксплуатацию системы ППД, что нашло отражение в научно-технических разработках, выполненных в ПГТУ по заказам ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ».
Апробация результатов исследований
Основные положения и результаты работы докладывались на: VII Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2006», (г. Ухта, 2006 г.), I Открытой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ООО «ПермНИПИнефть» (г. Пермь, 2006 г.), Южнороссийской научно-практической конференции ООО «Лукойл-ВолгоградНИПИморнефть» «Проблемы бассейнового и геолого-гидродинамического моделирования», (г. Волгоград, 2006 г.), VII научно-практической конференции НК Роснефть «Геология и разработка месторождений с трудноизвлекаемыми запасами», (г. Геленджик, 2007 г.), научном семинаре кафедр «Разработка нефтяных и газовых месторождений», «Геология нефти и газа», «Маркшейдерское дело, геодезия и ГИС» горно-нефтяного факультета ПГТУ, (г. Пермь, 2008 г.), заседании Ученого Совета ООО «ПермНИПИнефть» (г. Пермь, 2008 г.).
Публикации
Результаты выполненных исследований отражены в 9 печатных работах, в том числе, в 6 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы
Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 71 рисунок. Состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка источников из 82 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, определены основные направления исследований.
В первом разделе рассматриваются и анализируются известные результаты теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния эффективного давления на изменение фильтрационно-емкостных свойств образцов горных пород-коллекторов нефти и газа, продуктивность добывающих скважин и на показатели разработки залежей в целом. В качестве примеров рассмотрены нефтяные месторождения Западной Сибири, Татарстана, Южно - Каспийской впадины, Северного моря.
Вопросам изучения необратимых деформаций и их влияния на фильтрационно-емкостные свойства горных пород и показатели разработки посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: К.С.Басниева, В.Д.Викторина, В.С.Войтенко, А.Т.Горбунова, Р.Н.Дияшева, В.М.Добрынина, Ю.П.Желтова, Ю.А.Кашникова, Ф.И. Котяхова, А.П.Крылова, В.Д.Лысенко, И.Т.Мищенко, В.Н.Николаевского, В.Ф.Перепеличенко, В.П.Сонича, Н.А.Черемисина, С.А.Христиановича, В.Н. Щелкачева, F.Р.Charlez, A.Settari, M.A.Andersen, Roegiers, M.Gutierrez, J.P.Johnson, D.W.Rhett и др.
В результатах более ранних исследований не уделено должного внимания вопросам изменения фильтрационно-емкостных свойств пласта под влиянием длительно действующих эффективных напряжений. Программы проведенных экспериментальных исследований были основаны, как правило, на постепенном нагружении эффективным давлением образцов горной породы и фиксировании значений изменяемых параметров. Однако, как показали выполненные в СургутНИПИнефть исследования (В.П.Сонич, Н.А.Черемисин, Ю.Е.Батурин, 1998), пластические свойства образцов керна продуктивных пластов и связанные с ними изменения пористости и проницаемости проявляются, прежде всего, в процессе длительного действия повышенных эффективных напряжений, что характерно при снижении пластового давления в процессе разработки нефтяных залежей. Сделан вывод, что необратимые деформации определяются не только величиной снижения пластового давления, но и палеоглубиной залегания пласта, литологическим типом пород и длительностью воздействия нагрузок на продуктивные пласты. На примере терригенных пластов центральных районов Западной Сибири показано, что максимальная скорость деформации низкопроницаемых коллекторов наблюдается в течение первых 200-250 часов действия повышенных напряжений. За весь период перегрузки необратимое уменьшение пористости составило 10-16%, проницаемости - 20-45%. Столь заметное изменение фильтрационно-емкостных параметров продуктивных пластов может оказывать существенное влияние на показатели работы добывающих скважин и должно учитываться при проектировании разработки и при эксплуатации нефтяных залежей.
Во втором разделе анализируются проведенные в рамках данной диссертационной работы лабораторные исследования изменений физико-механических (ФМС) и фильтрационно-емкостных свойств отобранных из разведочных скважин образцов керна визейских отложений Шершневского и Трифоновского нефтяных месторождений (Пермское Прикамье).
Коллекторы исследуемых месторождений представлены мелко и среднезернистыми песчаниками и алевролитами со средней пористостью и проницаемостью по керну 16%-21% и 0,209-1,016 мкм2 соответственно. Залежи характеризуются сходным литологическим составом пород, по данным микроописаний песчаники и алевролиты сложены угловатыми, угловато-окатанными, реже полуокатанными кварцевыми зернами, сцементированными в большинстве случаев с помощью механического уплотнения, с участием глинистого (3–8 %), реже карбонатного материала (доломит, кальцит 2–3 %).
Испытания проводились совместно со специалистами институтов «ТюменНИИгипрогаз» и «ПермНИПИнефть» по программе, предложенной автором диссертационной работы.
Программа проведения лабораторных исследований включала следующее: образцы керна подвергались воздействию эффективных напряжений, соответствующих снижению пластового давления на 3-4, 6-7 и 10-11 МПа. В таких условиях образцы выдерживались в течение четырех-пяти суток. Время нагружения образца до соответствующего эффективного напряжения составляло 6-8 часов, время разгрузки более 20 часов. Общий объем выборки составил 20 образцов керна, отобранных из 8 разведочных скважин. Принципиальная схема нагружения и полученные результаты представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Изменение относительной проницаемости (а) и пористости (б) в зависимости от изменения эффективных напряжений (сплошная линия – линия нагрузки, пунктирная – разгрузки).
При росте эффективных напряжений и последующей их стабилизации наблюдается рост модуля упругости (в среднем в 1,5 раза), снижение коэффициента Пуассона (в среднем в 1,2 раза) и появление остаточных деформаций. Продолжительное действие эффективного давления не приводит к изменению модуля упругости и коэффициента Пуассона.
Результаты лабораторных исследований показали, что в целом снижение ФЕС носит нелинейный характер и является функцией времени, то есть образец под действием длительных эффективных напряжений проявляет реологические свойства. При этом:
- величина относительного снижения пористости незначительна и находится в пределах 2% от абсолютного значения;
- величина относительного снижения проницаемости зависит от ее начального значения и может достигать 60% от абсолютного значения;
- при снижении пластового давления на 6-7 МПа для образцов керна Шершневского месторождения нефти происходит практически полное уплотнение породы, поэтому при дальнейшем снижении давления пористость и проницаемость образцов не уменьшаются. Для образцов керна Трифоновского месторождения выраженного уплотнения породы не наблюдается;
- более значительное абсолютное и относительное снижение проницаемости отмечено для образцов керна Шершневского месторождения;
- снижение проницаемости более существенно для высокопроницаемых образцов керна.
Для аппроксимации результатов экспериментов использована функция ползучести дробно-линейного вида (С.С.Вялов, 1978), то есть изменение ФЕС определялось по зависимости
где 
– исходные значения пористости/проницаемости;
– безразмерные параметры аппроксимации для пористости/проницаемости; t – время действия повышенного эффективного давления; 
- конечные значения пористости/проницаемости.
Например, для изменения проницаемости при действии эффективного давления, равного 33МПа в течение 120 часов, аппроксимирующая функция имеет вид
(2)
При этом, согласно полученным экспериментальным данным, основное снижение проницаемости наблюдается в течение первых 2-3 месяцев действия нагрузки.
Для косвенной оценки предельной величины снижения ФЕС при длительном действии повышенных эффективных напряжений применен метод инверсионных координат (Johnson J.P., Rhett D.W., Siemers W.T., 1989). Пример по обработке результатов экспериментов приведен на рис.2.
Экспериментальные данные, представленные в координатах (1/время), (1/Кп) и (1/Кпр), аппроксимируются линейной зависимостью, экстраполяция которой на начало координат дает возможность оценить предельную величину изменения ФЕС.
Для предельного снижения проницаемости при действии эффективного давления, равного 33МПа, получаем уравнение вида (рис.3):
(3)
Выполненные лабораторные исследования и результаты обработки полученных данных показали, что при продолжительном действии повышенных эффективных напряжений, вызванных снижением пластового давления в процессе разработки нефтяных залежей, имеет место снижение ФЕС терригенных продуктивных пластов.
В третьем разделе анализируются промысловые данные, характеризующие влияние изменения пластового давления на динамику коэффициентов продуктивности разведочных скважин.
Для месторождений Пермского Прикамья вопросы оценки влияния пластового давления на фильтрационные параметры пластов и показатели разработки нефтяных залежей рассматривались В.Д.Викториным, А.И.Четыркиным, А.Ю.Назаровым, И.Н.Шустефом.
А.Ю.Назаровым для терригенных залежей ряда северных месторождений Пермского Прикамья получена зависимость коэффициента продуктивности разведочных скважин от пластового давления в период его снижения при опытной и промышленной разработке залежей. Установленное снижение коэффициентов продуктивности и фильтрационных параметров пласта автор объясняет снижением пластового давления, а не изменением коэффициентов гидродинамического совершенства скважин.
В данной диссертационной работе проведен анализ промысловых данных по разведочным скважинам, вскрывшим визейские продуктивные отложения Шершневского, Сибирского и Трифоновского нефтяных месторождений. Рассматривался 4-5 летний период их безводной эксплуатации при забойных давлениях выше давления насыщения нефти газом. Исследуемые месторождения вводились в разработку на естественном водонапорном режиме, при этом пластовые давления снижались на 30 – 40% от начального значений, что вело к увеличению эффективных напряжений в продуктивных пластах и к изменению коэффициентов продуктивности скважин. Общий объем выборки составил 21 скважину.
Рисунок 4 - Изменение коэффициентов продуктивности разведочных скважин при снижении пластового давления
На рисунке 4 представлен график изменения коэффициентов продуктивности в зависимости от пластового давления для рассматриваемых месторождений. Безразмерные значения пластовых давлений и коэффициентов продуктивности получены как отношения их текущих величин к начальному пластовому давлению и к максимальной величине коэффициента продуктивности скважины с усреднением в интервале равных пластовых давлений по всем скважинам. Из рисунка видно следующее: при снижении пластового давления происходит уменьшение коэффициентов продуктивности.
Зависимости коэффициентов продуктивности от депрессии (рис.5) для Сибирского и Трифоновского месторождений имеют достаточно высокий показатель тесноты связи (0,83 и 0,84 соответственно) и имеют выраженный нелинейный характер. Они подтверждают, что возникающие деформации пласта и особенно его призабойной зоны приводят к снижению фильтрационных параметров. При депрессиях более 2МПа коэффициенты продуктивности для скважин исследуемых месторождений стабилизируются. Таким образом, подтверждается вывод о том, что допущение значительного снижения пластового давления в целом в высокопроницаемом продуктивном объекте и создание высоких депрессий ведет к снижению коэффициентов продуктивности скважин.
Для разведочных скважин Шершневского нефтяного месторождения связь близка к линейной и характеризуется значительно меньшим показателем тесноты связи.
Кроме того, в определенной степени подтверждается результат, полученный при экспериментальных исследованиях образцов керна: изменение проницаемости для данного месторождения прекращается при росте эффективного давления на 5-7 МПа.
Рисунок 5 – Зависимость коэффициентов продуктивности скважин от величины депрессии
Уменьшение гидропроводности удаленной зоны пласта для исследуемых месторождений находится в различных диапазонах значений. Для Трифоновского месторождения оно достигает 60% от приведенной к начальным условиям в диапазоне существующих значений прироста эффективного напряжения (3-4 МПа или 20-25% от начального пластового давления), для Шершневского - 40% от приведенной к начальным условиям (4МПа или 20-25% от начального пластового), для Сибирского – 75% (3МПа или 15% от начального пластового). Полученные величины снижения гидропроводности на данном этапе роста эффективных напряжений в пласте соответствуют величинам, полученным А.Ю.Назаровым и подтверждают эффекты зависимости фильтрационных свойств пласта от динамики пластового давления.
Результаты наблюдений за динамикой дебитов показали, что дебиты нефти большинства скважин после достижения максимальных значений 50-115 м3/сут. снижаются по мере уменьшения пластовых давлений до 5-20 м3/сут в течение 40-60 мес. Величина создаваемой депрессии на пласт при этом остается постоянной или даже растет, поэтому коэффициенты продуктивности скважин снижаются. Появление такой закономерности связано, очевидно, с постепенным ухудшением фильтрационных параметров пласта в результате снижения пластового давления. При этом наблюдается нелинейная зависимость снижения фильтрационных параметров и коэффициентов продуктивности при уменьшении пластового давления. Проведение различных ГТМ, организация системы ППД вносят определенные коррективы в динамику изменения дебитов, однако общая тенденция сохраняется и восстановление пластового давления не обеспечивает восстановления фильтрационных характеристик пласта до первоначальных значений.
В четвертом разделе приводятся математическое описание процесса изменения ФЕС в период снижения пластового давления и результаты разработки соответствующих алгоритмов для программных комплексов, используемых при гидродинамическом моделировании разработки залежей.
При оценке изменения ФЕС с учетом длительности и темпов снижения пластового давления предлагается использовать алгоритм линейной наследственной ползучести горных пород и использовать функцию ползучести дробно-линейного вида (1). Параметры, описывающие уменьшение ФЕС, зависят от величины снижения давления. В данном случае принимали, что степень уменьшения ФЕС зависит от снижения давления линейно:
где Р– текущее снижение давления; Р’ - снижение давления, при котором определялись параметры А и Т.
Вследствие того, что в реальных условиях разработки залежи снижение давления происходит в течение длительного времени и с различной интенсивностью, уменьшение ФЕС следует определять по соотношению
где 
- пористость/проницаемость в момент времени t;
– время, предшествующее моменту t; L1,2(t) – ядра ползучести для пористости/проницаемости.
При расчете изменения ФЕС в период снижения пластового давления численными методами интегрирование уравнения (4) заменяется суммированием по заданному числу расчетных шагов длительностью t:
где 
– уменьшение ФЕС за текущий расчетный шаг.
При использовании выражений (6) предполагается, что снижение давления в течение расчетного шага постоянное и реальная кривая снижения давления во времени заменяется ступенчатой линией. Очевидно, что с уменьшением длительности расчетного шага точность расчета будет повышаться.
Исходя из выражения (4) уменьшение ФЕС в текущем расчетном шаге находится следующим образом:
где t1, t2 – моменты времени, соответствующие началу и концу расчетного шага.
При оценке изменения ФЕС без учета длительности действия эффективного давления предложен алгоритм, разработанный на основе определения параметров упругого и пластического уплотнения.
Тестовые расчеты по оценке продуктивности скважин при использовании зависимостей ФЕС от давления проведены с использованием программного обеспечения ECLIPSE 100 (Shlumberger). При проведении расчетов изменение ФЕС при изменении давления учитывалось путем пошаговой модификации массивов пористости (проницаемости) во внешней программе с использованием зависимостей (6,7) по алгоритму без учета длительности действия эффективного давления. В качестве модели, имитирующей околоскважинную зону пласта, принят однородный по пористости и проницаемости нефтенасыщенный участок с характерными для визейской залежи Шершневского нефтяного месторождения геолого-физическими характеристиками.
Результаты расчетов с различными величинами проницаемости представлены на рис.6 в виде индикаторных диаграмм для случая деформирующегося коллектора со снижающейся проницаемостью. Модельные индикаторные диаграммы имеют криволинейный вид с выпуклостью к оси дебитов. Также на индикаторных диаграммах видно, что кривизна их больше при более высокой исходной проницаемости коллектора. По результатам численного моделирования влияния деформаций продуктивных объектов на основные технологические показатели разработки и продуктивность скважин было установлено, что снижение пластового давления на начальном этапе разработки залежей приводит к проявлению необратимых деформаций коллектора, что приводит к снижению темпов отборов извлекаемых запасов и увеличивает срок разработки залежи. При этом увеличение срока разработки определяется начальными фильтрационными характеристиками пласта - относительное увеличение срока разработки более существенно для высокопроницаемых объектов. Так, при исходной проницаемости объекта 0,1 мкм2 срок выработки запасов увеличивается на 43%, при исходной проницаемости более 0,25 мкм2 срок выработки запасов увеличивается более чем в два раза.
Установлено также, что необратимые деформации коллектора замедляют рост обводненности, но при достижении значений предельной обводненности полученные величины накопленной добычи нефти и, соответственно, конечное значение коэффициента извлечения нефти практически одинаковы как для деформированного, так и для недеформированного коллекторов.
В пятом разделе работы приведены результаты оценки влияния изменения фильтрационных свойств пласта на основные технологические показатели разработки с применением гидродинамической модели пласта Бб Шершневского нефтяного месторождения и сформулированы рекомендации по определению оптимальных сроков ввода и параметров системы ППД.
Основная идея расчетов заключалась в определении депрессий, учитывающих изменение проницаемости в процессе снижения пластового давления и использовании значений этих депрессий для прогноза параметров разработки объекта с учетом деформаций коллектора.
Расчеты проводились с использованием программного обеспечения Tempest More (Roxar). Моделирование разработки выполнено по четырем вариантам: 1) при условии деформирования коллектора; 2) расчет «жесткого коллектора»; 3 и 4 варианты расчетов - с оценкой эффективности ввода приконтурной и площадной систем ППД на ранней стадии разработки с учетом деформации коллектора.
Результаты проведенного многовариантного гидродинамического моделирования позволяют сделать следующие выводы:
- выявленное при проведении лабораторных исследований уменьшение проницаемости в процессе снижения пластового давления ведет к значительному сокращению текущих и накопленных (на принятую дату анализа) отборов нефти. Без изменения ФЕС, вызванного снижением пластового давления, накопленный отбор нефти на дату анализа мог быть на 78% больше фактического;
- полученные результаты указывают на необходимость раннего ввода системы ППД при разработке бобриковских объектов. Например, при освоении приконтурной системы ППД на ранней стадии разработки накопленное количество нефти по расчетным данным могло превысить фактические показатели на 14%. При освоении площадной системы ППД на ранней стадии разработки можно было в большей степени предотвратить изменение ФЕС и, тем самым, получить дополнительно 21% от фактически накопленной добычи нефти (рис. 7).
Вопрос о сроках ввода в эксплуатацию системы ППД и ее оптимальных параметрах следует решать с учетом данных, полученных при лабораторных исследованиях зависимости ФЕС от давления, выполненных на керновом материале рассматриваемых продуктивных пластов.
Методика лабораторных исследований должна включать:
- Проведение компрессионных испытаний образцов керна для оценки влияния увеличения эффективных напряжений на изменение физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств пород с учетом фактора времени.
- Построение зависимостей, характеризующих снижение пористости и проницаемости во времени под действием повышенного эффективного давления.
- Построение зависимостей для оценки максимальных величин снижения пористости и проницаемости образцов керна относительно их значений, соответствующих начальным пластовым условиям, под действием эффективных напряжений при заданном снижении пластового давления.
- Расчет величин изменения пористости и проницаемости продуктивного объекта в процессе снижения или восстановления пластового давления.
Полученные экспериментальные зависимости принимаются за основу при расчете изменения ФЕС продуктивного пласта в процессе снижения или восстановления пластового давления. С учетом данных лабораторных исследований ведется многовариантное гидродинамическое моделирование процесса разработки с вариацией параметров и сроков ввода системы ППД.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
- Экспериментальными лабораторными исследованиями изменения физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств образцов керна терригенных продуктивных пластов при моделировании длительного снижения пластового давления в залежи соответственно на 3-4, 6-7, 10-11 МПа установлено уменьшение проницаемости до 60 %. Выявлен нелинейный характер этих изменений, которые являются функцией времени и проявление реологических свойств образцов пород.
- Основное снижение проницаемости наблюдается в первые 2-3 месяца, причем более высокие значения абсолютного снижения проницаемости выявлены для высокопроницаемых коллекторов. При снижении пластового давления (более 6 - 7 МПа) образцы керна терригенных коллекторов Шершневского месторождения полностью уплотняются и дальнейшее изменение пористости и проницаемости не наблюдается. Установлено, что снижение фильтрационных параметров пласта и коэффициентов продуктивности скважин Сибирского и Трифоновского месторождений прекращается при росте эффективного давления на 2-3МПа.
- Впервые на основании теории ползучести горных пород разработано математическое описание процесса изменения ФЕС с учетом и без учета продолжительности периода и темпов снижения пластового давления и алгоритм гидродинамического моделирования разработки месторождений.
4. Численным моделированием доказано, что уменьшение пластового давления снижает продуктивность скважин, темпы отборов нефти и увеличивает сроки разработки залежей, которые определяются начальными фильтрационными характеристиками коллектора. Относительное увеличение сроков разработки более существенно для высокопроницаемых объектов.
5. Согласно результатам исследований, ввод системы ППД для пласта Бб Шершневского месторождения обеспечил бы увеличение накопленной добычи нефти на дату анализа при освоении площадной системы заводнения на ранней стадии разработки до 21%. Поэтому формирование и ввод в эксплуатацию системы ППД рекомендуется решать с учетом данных, полученных при лабораторных исследованиях зависимости ФЕС от изменения пластового давления.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- Попов С.Н. Влияние изменения пластового давления на фильтрационно-емкостные свойства терригенных коллекторов Шершневского месторождения / Попов С.Н., Гладышев С.В., Кашников О.Ю. // Материалы XXXIII научно-практической конференции горно-нефтяного факультета ПГТУ «75 лет Пермской нефти» - Пермь. - 2004.-С.170-173.
- Кашников Ю.А. Изменения фильтрационно-емкостных и физико-механических свойств терригенных коллекторов при продолжительном действии повышенного эффективного давления / Кашников Ю.А., Гладышев С.В., Попов С.Н., Кашников О.Ю. // Известия вузов. Нефть и газ. – 2006. - № 1. - С.25-32.
- Кашников О.Ю. Методические подходы к учету изменения фильтрационно-емкостных свойств терригенных коллекторов в процессе падения пластового давления при гидродинамическом моделировании / Кашников О.Ю. // Сб. науч.тр. I открытой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ПермНИПИнефть «Проблемы геологии и разработки нефтяных залежей Пермского Прикамья» - Пермь, 2006. - С. 30-39.
- Кашников Ю.А. Экспериментальные исследования влияния пластового давления на фильтрационно-емкостные характеристики терригенных коллекторов месторождений севера Пермского края / Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г., Назаров А.Ю., Кашников О.Ю., Терентьев Б.В. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2007. - № 1. - С.41-50.
- Кашников О.Ю. К вопросу учета изменения фильтрационно-емкостных свойств в гидродинамическом моделировании в процессе падения пластового давления / Кашников О.Ю. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2007. - №9. - С. 27-31.
- Кашников О.Ю. Исследование влияния деформационных процессов на технологические показатели разработки нефтяной залежи / Кашников О.Ю. // Тезисы докладов VII научно-практической конференции «Геология и разработка месторождений с трудноизвлекаемыми запасами», Геленджик, 2007. - С. 35-36.
- Кашников О.Ю. Численное моделирование влияния изменения фильтрационно-емкостных свойств терригенных коллекторов в процессе падения пластового давления на основные технологические показатели разработки / Кашников О.Ю. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2007. - № 10. - С. 36 - 39.
- Кашников О.Ю. Влияние деформаций терригенного коллектора на фильтрационно-емкостные свойства пласта и продуктивность скважин / Кашников О.Ю., Кузнецова О.Ю., Мордвинов В.А. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. -2008. - № 8. - С. 70 - 72.
- Кашников О.Ю. Исследование деформаций в терригенных коллекторах по промысловым и гидродинамическим данным скважин / Кашников О.Ю. // Известия вузов. Нефть и газ. – 2008. - №5. – С. 47-51.
Соискатель О.Ю. Кашников
