УДК 552.578.2.061.4:550.832

Повышение эффективности выделения коллекторов методами каротаж - воздействие - каротаж

Л.М. ФЕДИН, В.Г. РЕЙТЕНБАХ (УхтИИ)

Задача выделения коллекторов со сложным строением порового пространства по результатам ГИС остается одной из самых трудных и до настоящего времени не решенной. Наиболее эффективными считаются методы каротаж - воздействие - каротаж [3]. Теоретические предпосылки их, на первый взгляд, бесспорны и базируются на фиксировании по данным повторных ГИС изменения насыщенности в прискважинной части коллекторов, вызванное внедрением в них фильтрата промывочной жидкости (ПЖ) или фильтрацией пластового флюида в скважину. Основными трудностями в реализации этих методов считаются: технология направленного изменения свойств ПЖ и создание условий фильтрации ПЖ или пластового флюида. В ряде случаев указанные методы не дают положительных результатов при выделении коллекторов, что обусловлено быстрым изменением насыщенности после прекращения воздействия.

Выделение коллекторов методами каротаж - воздействие - каротаж основывается на следующих предпосылках.

1. Внедрение неизмененного фильтрата, или фильтрата с направленно измененными свойствами, или создание депрессии должны привести к вариации размеров зоны проникновения или ее свойств.

2. Процесс расформирования зоны проникновения вследствие сил гравитации, диффузии и противоточной капиллярной пропитки, а также образование новой зоны проникновения довольно длительный, а время между воздействием и повторным замером относительно невелико. Поэтому в коллекторах следует ожидать изменение геофизических параметров, а в неколлекторах они должны быть постоянными.

Известно [4], что внедрение жидкости в коллекторы или приток пластового флюида из них вызывает не только изменение размеров зоны проникновения или ее свойств, но и пластового давления. Внедрение фильтрата из скважин вызывает увеличение последнего, а приток пластового флюида - уменьшение его. После прекращения воздействия давления начинается процесс обратной фильтрации и восстановления исходного распределения давлений в коллекторе, что приводит к изменению насыщенностей.

Процесс [2] перераспределения насыщенностей вследствие фильтрации жидкости или газа происходит на несколько порядков быстрее, чем вследствие гравитации, диффузии и капиллярной пропитки. Исходя из этого, следует ожидать, что успех выделения коллекторов методами каротаж - воздействие - каротаж будет зависеть не только от контрастности свойств пластового флюида и фильтрата, но и от времени, прошедшего с момента прекращения действия давления до проведения повторного замера.

Для выяснения зависимости эффективности методов каротаж - воздействие - каротаж от времени проведения повторного замера были выполнены теоретические и экспериментальные исследования.

Процесс поглощения фильтрата коллектором при скачкообразном увеличении давления в скважине и его обратном вытеснении после прекращения действия избыточного давления схематично можно представить в виде графика (рис. 1), где ; Рпл - давление на контуре, где поддерживается постоянное пластовое давление, - давление в скважине на уровне коллектора; Q(t) - объемный расход фильтрата при поглощении - вытеснении, V₁, V₂ - накопленные объемы поглощенного и вытесненного фильтрата, ступенька на графике означает, что при t<T на уровне коллектора поддерживается постоянное избыточное давление, равное давлению воздействия, а начиная со времени t>T, равное давлению столба промывочной жидкости (t - текущее время, Т - время действия избыточного давления).

Величина может быть как положительной, так и отрицательной, т.е. полученные решения справедливы как для задавливания фильтрата, так и для вызова притока из коллектора. При постановке задачи будем исходить из следующих допущений: 1) фильтрация происходит по закону Дарси, 2) фильтрационные свойства внедряющегося и пластового флюидов одинаковы, 3) коллектор по протяженности однороден.

С учетом сформулированных условий постановка задачи имеет вид

где- радиус-вектор, H - давление, t - время,- коэффициент пьезопроводности, равный . При условии

приближенным решением уравнения (1) методом интегрального преобразования Лапласа при больших t будет выражение

где - удельный объем фильтрата, находящегося в коллекторе в момент времени t>T;

Кпр - коэффициент проницаемости, вязкость фильтрата, h - мощность коллектора, Q и q - расход фильтрата, и Rк - приведенные радиусы скважины и контура, на котором поддерживается постоянным пластовое давление;- коэффициент упругоемкости коллектора. Оценим темпы уменьшения фильтрата в коллекторе после прекращения воздействия избыточного давления.

Для этого можно использовать формулу (2). Чтобы определить удельный объем фильтрата, находящийся в коллекторе к моменту прекращения действия избыточного давления достаточно вместо t подставить Т. Время t удобнее выражать в долях Т, а объем фильтрата, находящегося в коллекторе в любой момент времени V(t>T) -в долях объема V(T).

Ниже приведены результаты расчета зависимости

Если коллектор насыщен газом, постановка задачи о фильтрации жидкости в зоне проникновения имеет вид

где - вязкость фильтрата; Кп - коэффициент пористости;- средние значения коэффициента газонасыщения и фазовой проницаемости фильтрата в зоне проникновения.

Сравнивая (3) и (1), можно убедиться, что они отличаются только коэффициентами пьезопроводности, который для зоны проникновения газоносного коллектора равен .

Очевидно, что решения уравнений (3) и (1) будут аналогичны. Различие состоит только в источнике энергии, за счет которой происходит вытеснение в скважину фильтрата коллектором после прекращения действия избыточного давления.

Известно [1], что внедрение жидкости в газоносные коллекторы не приводит к образованию больших зон повышенного пластового давления. Размеры их и зон проникновения практически совпадают. В зоне проникновения газ находится в защемленном и неподвижном состоянии. В дальнейшем, при повышении избыточного давления в скважине фильтрат поступает в коллектор и сжимает газ, уменьшая его объем и увеличивая давление. Объем газа в зоне проникновения при давлении, отличном от пластового, определяется по уравнению Бойля-Мариотта

После окончания действия избыточного давления в скважине защемленный неподвижный газ в зоне проникновения расширяется и вытесняет из коллектора фильтрат до восстановления первоначального распределения давлений.

Оценим порядок характерных времен переходных процессов в газо- и нефтеносных коллекторах по формуле

Примем для зоны проникновения газоносного коллектора следующие параметры: =0,5; Rк=1 м; =10^{-13 м2}; Рпл=10⁷ Па;=10^-3 Па-с; Кп=0,2.

По данным [4], коэффициент для большинства нефтяных месторождений СССР изменяется от 0,1 до 5 м²с^-1. Примем Rк при внедрении фильтрата в нефтеносный коллектор 20 м. При этих параметрах время переходного процесса в газонасыщенном коллекторе составит примерно 5 мин, а в нефтенасыщенном - 0,6-8 мин, т. е. один и тот же порядок. Это дает основание считать, что данные, приведенные в выводе будут иметь тот же порядок и в случае газонасыщенного коллектора.

В реальных условиях внедрение в коллекторы фильтрата сопровождается увеличением толщины глинистой корки и возрастанием ее гидродинамического сопротивления. При постоянном избыточном перепаде давлений фильтрация практически прекращается очень быстро (15-20 мин). Таким образом, через 1-1,3 ч после прекращения действия в скважине избыточного давления в коллекторе должно остаться не более 5 % объема поступившего в него фильтрата, а через 2-2,6 ч - 0,09 %. Это значит, что, если между окончанием воздействия и проведением повторного замера геофизического параметра пройдет 1-2 ч, то выделить нефтегазоносные коллекторы не удастся. Исключение могут составлять водоносные коллекторы. Внедрение в них фильтрата и вытеснение его приводят к частичному разбавлению смеси фильтрата и воды новой порцией фильтрата, что может вызвать изменение электрического сопротивления коллектора.

На рис. 2 показано изменение электрического сопротивления нефтегазоносных коллекторов после задавливания в них ПЖ и снятия давления во времени. Исследования выполнялись следующим образом. В обычном состоянии скважины осуществляли контрольный замер , задавливали в нее определенный объем ПЖ без изменения ее свойств, «снимали» давление и проводили повторные замеры во времени. Задавливание ПЖ осуществлялось путем постепенного увеличения давления в течение 40-60 мин. Эксперименты были выполнены в пяти скважинах.

Несмотря на значительный разброс точек (рис. 2), соответствующих отдельным скважинам и пластам, имеется общая закономерность изменения коллекторов, отражающая изменение насыщенности фильтратом зоны проникновения. Повышение давления в скважине приводит к внедрению в коллекторы фильтрата и снижению . После прекращения действия избыточного давления фильтрат вытесняется в ствол скважины - происходит увеличение коллекторов. В большинстве случаев уже через 10-15 ч после прекращения воздействия происходит полное вытеснение фильтрата из коллектора.

Как видно, время восстановления исходного состояния насыщенностей в коллекторах после прекращения воздействия, рассчитанное теоретически и определенное экспериментально имеет один и тот же порядок.

Выводы

1. Достоверность выделения коллекторов методами каротаж - воздействие - каротаж зависит не только от контрастности свойств ПЖ и пластового флюида, но и от времени, прошедшего с момента прекращения воздействия до проведения повторного замера.

2. Для выделения коллекторов методами каротаж - воздействие - каротаж наиболее благоприятны условия, когда повторный замер геофизического параметра осуществляют в процессе воздействия, причем величина перепада давлений во время измерения остается постоянной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Банченко В.Д. Оценка дебита газоносного пласта по данным испытателя пластов, спускаемого на бурильных трубах // Нефтегаз. геол.,геофиз. и бурение.- 1984.- Вып. 10. С. 47-50.

2. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа,- М.: Недра.- 1972.

3. Геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин / Л.И. Померанц, М.Т. Бондаренко, В.Ф. Козяр и др.-М.: Недра,- 1981.

4. Щелкачев В.Н. Разработка нефтеводоносных пластов при упругом режиме.- М.:Гостоптехиздат.- 1959.

Рис. 1. Графическое изображение процесса поглощения и обратного вытеснения фильтрата коллектором в результате создания, а затем снятия в скважине избыточного давления

Рис. 2. Изменениенефтегазоносных коллекторов после задавливания в них ПЖ (без изменения ее свойств) и снятия давления во времени