К оглавлению

УДК 550.382.3:553.55

Особенности фильтрации флюидов в низкопроницаемых карбонатных коллекторах

А. С. ПАНТЕЛЕЕВ (ЮУО ВНИГНИ)

В последнее время на юге Волго-Уральской нефтегазоносной провинции все чаще открывают залежи нефти в карбонатных коллекторах с проницаемостью пород по промысловым данным (5-10)*10^-3 мкм². В Оренбургской области это нефтяные оторочки Оренбургского газоконденсатного месторождения (с проницаемостью пласта не более 10*10^-3 мкм²). Вероятность открытия залежей с низкопроницаемыми коллекторами в южных районах, в которые переместился фронт геологоразведочных работ, очевидно, будет возрастать.

Промышленные залежи нефти связаны с отложениями артинского и башкирского ярусов. Тип коллектора поровый и порово-трещинный. Нефтенасыщенная толщина продуктивных пластов 100-150 м. Газосодержание нефти в пластовых условиях до 370 м³/т. Вязкость нефти низкая - до 0,3 мПа-с.

Несмотря на низкую проницаемость, коллектор характеризуется сравнительно высокой пористостью - 15-20 %. Связь между пористостью и проницаемостью слабая либо отсутствует.

Одному и тому же значению проницаемости, например 5*10^-3 мкм², могут соответствовать значения пористости от 5 до 20 %. По мере увеличения проницаемости теснота связи между параметрами возрастает. Такая тенденция, например, установлена по пласту А₄ месторождений нефти Урало-Поволжья (рис. 1).

По данным исследования шлифов и обработки кривых вытеснения нефти, полученных по 150 образцам керна, установлено, что теснота связи между параметрами существенным образом зависит от структуры порового пространства.

Коэффициент вытеснения, по данным ряда исследователей [1, 2], имеет тесную корреляционную связь с проницаемостью как в карбонатных, так и в терригенных коллекторах. Необходимо отметить, что известные зависимости установлены по результатам массовых исследований образцов керна с проницаемостью пород от 25*10^-3 мкм² и более. В интервале карбонатных коллекторов с низкой проницаемостью эта связь установлена по результатам единичных измерений.

Для выявления корреляционной связи параметров в интервале коллекторов с низкими значениями проницаемости нами были выполнены специальные комплексные исследования на 120 образцах керна с проницаемостью пород от 0,5*10^-3 до 25*10^-3 мкм² (таблица). Определялись пористость, проницаемость, количество остаточной воды, коэффициент вытеснения в пластовых условиях, структура порового пространства.

В результате эксперимента установлено, что в исследованном диапазоне изменения проницаемости связи коэффициента вытеснения с проницаемостью нет. В то же время выявлена связь коэффициента вытеснения с распределением порового объема образца по размерам радиусов сужения поровых каналов. На рис. 2,а показано относительно однородное распределение пор по размерам радиусов. Почти 99 % порового объема связано с порами малых радиусов. На долю пор более 7 мкм приходится всего 0,44 % порового пространства. В итоге, несмотря на низкую проницаемость (2,08*10^-3 мкм²), коэффициент вытеснения по данному образцу составил 0,76. На рис. 2, б приведен пример неоднородного распределения пор по размерам поровых каналов. Объем порового пространства образца представлен широким диапазоном радиусов пор. Доля поровых каналов большого радиуса составляет 35 % общего объема. Несмотря на сравнительно высокую проницаемость образца (21*10^-3 мкм²), коэффициент вытеснения не превысил 0,28. Наличия трещин в образце не отмечено.

Полученные результаты обработки экспериментальных данных можно объяснить следующим.

В условиях сравнительно однородного распределения поровых каналов близких радиусов обеспечивается высокий охват пор фильтрацией. Прокачиваемая через образец вода равномерно распределяется по всем поровым каналам. В итоге, несмотря на низкую проницаемость, достигается высокий коэффициент вытеснений.

В условиях высокой неоднородности поровых каналов по размерам основной объем прокачиваемой воды берут на себя поровые каналы больших радиусов. При ограниченном объеме прокачки воды через образец это обусловливает частичное либо полное отключение пор малых радиусов. Такое предположение хорошо согласуется с результатами количественной оценки кратности промывки пор различных радиусов. Оценка проводилась для условий общего объема прокачиваемой воды, равного 10 объемам порового пространства образца (в соответствии с регламентом по определению коэффициента вытеснения в лабораторных условиях). Промывку пор больших радиусов (более 7 мкм) по отдельным образцам проводили до 70 раз. В то же время поры малых радиусов (менее 0,58 мкм) не включались даже в однократную промывку. Таким образом, распределение объемов прокачиваемой воды тесно связано с характером неоднородности размеров поровых каналов.

При сравнительно однородной структуре порового пространства в фильтрации не участвуют поры с радиусом 0,1 - 0,2 мкм, а при высокой неоднородности - менее 10 мкм.

Для оценки эффективности процесса вытеснения может быть использован коэффициент охвата пор фильтрацией, который определяется из соотношения

где- суммарный объем пор, охваченных фильтрацией, V - общий объем пор образца.

Результаты лабораторных исследований позволяют считать, что в низкопроницаемых коллекторах нижний предел фильтрации - величина непостоянная. В однородных системах он смещен в сторону малых размеров поровых каналов, а в неоднородных - в сторону больших размеров.

Для количественной оценки влияния структуры порового пространства на эффективность вытеснения в качестве меры неоднородности был принят коэффициент вариации параметра неоднородности а, который определялся из соотношения

где а - параметр неоднородности;- радиус пор данного объема, мкм;- долевое участие объема пор данного радиуса в общем объеме, доли ед.

Характер связи коэффициента вытеснения с параметром неоднородности структуры порового пространства показан на рис. 3.

Уравнение регрессии, описывающее эту зависимость, имеет вид

где- коэффициент вытеснения, доли ед.,- коэффициент вариации параметра неоднородности а. Коэффициент корреляции установленной связи равен 0,7.

Полученная зависимость свидетельствует о существенном влиянии на эффективность процесса вытеснения неоднородности структуры порового пространства.

Выводы

1. Для низкопроницаемых карбонатных коллекторов коэффициент вытеснения и кондиционные значения подсчетных параметров следует обосновывать по данным лабораторных исследований керна. Использование для этих целей таких обобщенных статистических зависимостей, как коэффициент вытеснения - проницаемость и пористость - проницаемость, полученных по результатам исследования высокопроницаемых коллекторов, может привести к большим погрешностям.

2. Установленную зависимость коэффициента вытеснения от неоднородности структуры порового пространства рекомендуется использовать для оценки достоверности результатов лабораторного определения коэффициента вытеснения, а также для приближенной оценки коэффициента вытеснения в случае, если отсутствует возможность его определения лабораторным путем.

3. При оценке низкопроницаемых карбонатных коллекторов в качестве одной из характеристик коллекторской емкости может быть использован коэффициент охвата пор фильтрацией.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Березин В.М., Усенко В.Ф. Коэффициент вытеснения нефти водой из песчаников нижнего карбона.- Труды БашНИПИнефть. Уфа, 1972, вып. 31, с. 186-194.

2. Изучение коэффициентов вытеснения нефти из карбонатных коллекторов при заводнении/ Б.Ф. Борисов, В.М. Травкина, Т.Г. Шульц и др.- Труды Гипровостокнефть. Куйбышев, 1981, с. 27-30.

Таблица Основные исходные данные эксперимента

Месторождение, залежь, пласт	Число образцов	Пластовое давление, МПа	Температура, °С	Вязкость нефти, мПа*с	Вязкость закачиваемой воды мПа*с	Проницаемость, 10^-3 мкм^2
Оренбургское артинско-среднекаменноугольная	58	21	36	1,3	0,9	1-25
Бердянское, А4	42	32	53	2,2	0,5	0,5- 18
Копанское, А4	20	33	54	0,3	0,5	1 - 15

Рис. 1. График корреляционной связи пористости и проницаемости по пласту А₄ башкирского яруса

Рис. 2. Характеристика структуры порового пространства породы (скв. 101 Копайского месторождения)

Рис. 3. График зависимости коэффициента вытеснения от коэффициента вариации неоднородности поровых каналов