К оглавлению

УДК 550.822.3: [552+53] (470.46)

Опыт определения коэффициента остаточной водонасыщенности пород-коллекторов Астраханского газоконденсатного месторождения

В.И. ПЕТЕРСИЛЬЕ (ВНИГНИ), Е.С. УМНОВ, В.В. НИКИШОВ, В.А. ТИХОНОВ (Нижневолжскгеология)

При исследовании пород-коллекторов в процессе разведки нефтяных и газовых месторождений одним из наиболее сложных вопросов является оценка остаточной водонасыщенности. На Астраханском ГКМ остаточная водонасыщенность определялась по данным ГИС с использованием традиционных зависимостей относительного сопротивления от пористости  и коэффициента увеличения сопротивления от водонасыщенности . Обоснование же достоверности полученных оценок  выполнялось по результатам исследования керна. С этой целью проведены измерения  прямым экстракционно-дистилляционным методом на предварительно загерметизированных образцах керна из скв. 45, пробуренной на безводной промывочной жидкости (ПЖ).

По мнению некоторых исследователей, результаты определения водонасыщенности прямым способом могут не отражать действительного содержания остаточной воды в керне в связи с предполагаемым вытеснением части ее расширяющимся газом из-за снижения давления при подъеме керна на поверхность [1]. В связи с этим ранее был выполнен цикл исследований по лабораторному моделированию процесса подъема керна на поверхность [2]. В результате для пород-коллекторов Оренбургского и Астраханского ГКМ потеря остаточной воды не была установлена. Недостатком этих работ явилось существенное отличие барических условий опытов от пластовых условий Астраханского ГКМ - пластовое давление создавали азотом под давлением 10-15 МПа или углекислым газом при давлении 6 МПа. Очевидно, что в обоих случаях и давление, и состав газа сильно отличались от пластовых.

В связи с изложенным была сконструирована установка для моделирования процессов подъема керна на поверхность при давлении до 100 МПа (рис. 1). Основным элементом установки является камера высокого давления с внутренним объемом 200 см³, позволяющим выполнять исследования на образцах диаметром 45 и длиной до 65 мм. В установке предусмотрено два сосуда-мультипликатора высокого давления с плавающими поршнями. Сосуд 6 предназначен для подачи в камеру моделируемого газа при пластовом давлении, сосуд 9 служит для продавливания в образец модели фильтрата ПЖ под давлением, превышающим пластовое на 2-4 МПа. Для контроля давлений использовались технические манометры до 160 МПа с классом точности 1,0. Регулирование фильтрации газа и жидкости осуществлялось игольчатыми вентилями на рабочее давление 125 МПа. В качестве рабочего газа в опытах использовался углекислый газ и азот.

Методика проведения экспериментов по моделированию процесса подъема керна на поверхность заключалась в следующем. Цилиндрические образцы карбонатных пород-коллекторов объемом 100 см³ экстрагировались, высушивались до постоянного веса, вакуумировались и насыщались предварительно отвакуумированной дистиллированной водой. Остаточная водонасыщенность моделировалась путем сушки образцов с периодическим взвешиванием на аналитических весах. Значения остаточной водонасыщенности устанавливались по результатам предварительных капиллярометрических исследований.

Подготовленные образцы помещались в камеру, куда из сосуда 6 подавался рабочий газ и создавалось давление 66 МПа. С целью контроля за растворением газа в воде перекрывался вентиль 11 и фиксировалось время снижения давления до стабильного, за которое основной объем газа растворялся в воде. Как показали исследования, давление снижалось на 3 МПа. После этого образец в среде углекислого газа под давлением 63 МПа выдерживался в течение 24-30 ч, чем достигалось окончательное насыщение жидкой фазы газом.

При достижении полного растворения газа в остаточной воде объем камеры с образцом заполнялся нефтью с превышением давления на 2-5 МПа, чем в некоторой степени моделировалось проникновение фильтрата безводного бурового раствора в исследуемый образец. Затем проводилось снижение давления до атмосферного в течение 4-8 ч, что соответствует условиям подъема керна на поверхность.

После выдержки образцов под уровнем нефтяной эмульсии в течение получаса, образец извлекался из камеры, взвешивался и помещался в дистилляционный аппарат Закса для определения объема воды. Необходимо отметить, что после извлечения образцов из камеры на их поверхности наблюдалось интенсивное выделение пузырьков газа, качественно свидетельствующее о достижении в результате эксперимента поставленной цели - моделирования вначале растворения газа в остаточной воде, а затем при снижении давления - разгазирования.

Опыты были выполнены на коллекции образцов (31 шт.), отобранных из продуктивной части разреза месторождения в скв. 4, 17, 20, 32 и представленных практически чистыми известняками с пористостью от 2,3 до 14,4 % и проницаемостью от 0,01 до 2*10^-3 мкм², остаточная водонасыщенность изменялась от 8,8 до 35 %. Таким образом, можно констатировать, что выбранная коллекция отразила весь диапазон изменения фильтрационно-емкостных характеристик разреза.

С целью оценки потерь воды за счет выноса водяных паров в газовой фазе, было выполнено несколько «холостых» опытов с помещением в камеру высокого давления вместо образца некоторого заданного объема воды. В результате установлено, что потери воды весьма незначительны и не превышают 10 % от потерь воды в опытах с реальными, насыщенными остаточной водой образцами.

На подготовленной коллекции образцов выполнялись три серии опытов при температурах от 30 до 70 °С и при насыщении углекислым газом и азотом. Результаты опытов приведены на рис. 2, анализ которого позволяет сделать следующие выводы.

Потери остаточной воды за разгазирование существенно зависят от фильтрационно-емкостных характеристик пород-коллекторов (в данном случае от пористости); резкое увеличение потерь приурочено к интервалу Кп<5 %, при Кп>5 % потери остаточной воды невелики и составляют в среднем 3 %. Состав газа и температура опыта на результаты оценки потерь остаточной воды практически не влияют. Наличие значимой связи DКо.в-Кп предопределяет возможность введения поправки за разгазирование в данные определения Ко.в прямым способом на керне из скважин, пробуренных на безводных ПЖ.

На Астраханском газоконденсатном месторождении с целью получения опорной информации об остаточной водонасыщенности по данным прямых исследований керна пробурена на ИБР скв. 45. После вскрытия продуктивной части разреза и отбора керна ПЖ заменена на обычный глинистый раствор, осуществлено расширение приствольной зоны со снятием битумной корки и проведен комплекс ГИС (электрометрический и волновой диэлектрический каротаж).

По результатам лабораторного исследования прямым экстрационно-дистилляционным методом загерметизированных образцов керна, отобранных из продуктивной части разреза, построена зависимость Ко.в-Кп (рис. 3, кривая 1). По результатам экспериментальных исследований по оценке потерь остаточной воды при разгазировании образцов с учетом зависимости Ко.в-Кп (см. рис. 2) построена кривая 2 с исправленными значениями Ко.в. Введение поправок уточняет зависимость Ко.в-Кп, однако на общую особенность ее, заключающуюся в наличии весьма низкой остаточной водонасыщенности в области Кп>5-6 %, практически не влияет.

На рис. 3 приведены также усредненные Ко.в по классам пористости, полученные по данным интерпретации БКЗ и ВДК. Результаты количественной оценки Ко.в методами БК и ВДК не противоречат оценкам, полученным лабораторным путем. Некоторое несовпадение данных Ко.в в области низких значений пористости объясняется как несовершенством способов интерпретации маломощных, неоднородных пластов со сложной структурой пустотного пространства, так и сложностью оценки Ко.в при низких Кп (<3-4 %).

Таким образом, в результате экспериментальных исследований по оценке изменения водонасыщенности при моделировании подъема керна на поверхность установлена необходимость введения в значения остаточной водонасыщенности для низкопроницаемых карбонатных пород-коллекторов Астраханского ГКМ поправок на разгазирование. На данном месторождении при определении Ко.в прямым методом по керну, отобранному из скважин, пробуренных на растворах с нефтяной основой, эти поправки должны учитываться.

Значительные потери остаточной воды при разгазировании пород-коллекторов Астраханского месторождения связаны с особенностями структуры пустотного пространства этих пород - гомогенным распределением тонких пор и весьма низкой концентрацией крупных пор. Действительно, по данным капиллярометрических исследований, ртутной и контактной эталонной порометрии максимальные значения радиусов пор не превышают 4-5 мкм при средних величинах радиуса в пределах 0,1-1 мкм.

Механизм потерь воды при подъеме керна на поверхность связан с удалением части ее через боковую поверхность образцов под действием поршневого вытеснения расширяющимся газом. Принимая во внимание в общем случае «гантельное» распределение пор и пережимов между ними, наличие крупных пор и каверн будет снижать потери за счет перераспределения воды из пережимов в крупные поры без выноса ее из образца. С целью оценки эффекта разгазировании других типов пород авторами проведены исследования кавернозных известняков Карачаганакского месторождения, для которых характерно равномерное распределение пор в интервале изменения радиусов от 0,1 до 100 мкм при содержании пор радиусом меньше 1 мкм не более 40 %. По результатам опытов, потерь остаточной воды при подъеме керна на поверхность для этих типов пород-коллекторов не происходит. Можно предположить, что и для других газовых и газоконденсатных месторождений, поровое пространство пород-коллекторов которых представлено крупными порами и кавернами, потери воды за счет разгазирования будут близкими к нулю.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Исследование достоверности определений остаточной водонасыщенности прямым методом/ Я.Р. Морозович, М.И. Куликова, Н.А. Скибицкая, Н.А. Пих.- В кн.: Коллекторы нефти и газа и флюидоупоры. Новосибирск, 1983, с. 94-95.

2. Результаты моделирования процесса подъема керна на поверхность для оценки достоверности данных прямых определений остаточной водонасыщенности/В.И. Петерсилье, Ю.Я. Белов, Л.В. Мандельберг, Л.А. Кудрявцев.- ЭИ ВНИИОЭНГ. Сер. нефтегаз. геол. и геофиз. М., 1985, вып. 2, с 9-13.

Рис. 1. Схема установки для моделирования процесса разгазирования образцов керна при его подъеме на поверхность:

1 - баллон с углекислым газом; 2, 11, 19, 20, 23 - вентили; 3 - осушитель газа; 4, 16, 17, 21, 25 - тройники; 5,7 – сигнальные лампы; 6,9 - мультипликаторы; 8, 12 - концевые выключатели; 10 - манифольд; 14 - пресс; 18 - камера высокого давления; 22 - емкость с маслом; 24 - понижающий трансформатор; 26 - образец керна

Рис. 2. Сопоставление величин DКо.в и Кп:

1 - 1 серия (СО₂, t=31- 37 °С); 2 - II серия (СO₂, t=70 °С); 3 - III серия (N₂, t=70 °С)

Рис. 3. Сопоставление результатов определения Ко.в и Кп:

1 - данные прямых определений по керну скв. 45; 2 - то же с учетом поправки за разгазирование по данным рис. 2; 3 - усредненные по классам пористости значения Ко.в по данным интерпретации ВДК; 4 - то же по данным БК