Влияние деформаций коллекторов трещинно-порового типа на дебит скважин газоконденсатных месторождений

В последнее время при разработке месторождений углеводородов все чаще возникают проблемы, связанные с деформационными процессами. Ярким подтверждением этому является проведение нескольких Европейских конгрессов по механике горных пород (Е1ЖОСК), а также национальных конгрессов отдельных стран по проблемам, связанным с нефтеи газодобычей. Одной из наиболее актуальных проблем является моделирование деформационных процессов в продуктивной толще, связанных с разработкой и эксплуатацией месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами коллекторов.

К месторождениям данного типа относится значительная часть мировых запасов углеводородов (Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Мексика, Вьетнам), в том числе, во многих регионах России (Прикаспийская впадина, Восточная и Западная Сибирь, Северный Кавказ, месторождения Пермского края). Несмотря на то, что количество таких месторождений довольно значительное, до сих пор лишь на немногих из них проектирование разработки происходит с учетом деформаций пород-коллекторов, которые оказывают существенное влияние на дебит скважин.

Для месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами пород-коллекторов характерно изменение продуктивности скважин в зависимости от раскрытости трещин, на которую, в свою очередь, влияет изменение эффективных напряжений. Одним из наиболее явных негативных проявлений деформаций пород продуктивной толщи является резкое падение продуктивности скважин в самом начале их эксплуатации. Так, на Астраханском газоконденсатном месторождении (АГКМ) суточный дебит высокодебитных скважин снизился в 2−2.5 раза всего за 1.5−2 года. Аналогичный эффект наблюдался на динамике дебитов скважин, эксплуатирующих карбонатные породы-коллектора турнейско-фаменского продуктивного объекта месторождений севера Пермского края.

Шершневского, Сибирского и т. д. Для них характерным являлось падение дебита скважин в несколько раз всего после нескольких месяцев эксплуатации скважин. Причина такого резкого падения дебита связывается с увеличением эффективных напряжений в результате падения пластового давления и, соответственно, с уменьшением трещинной составляющей проницаемости пород-коллекторов.

Вместе с тем, у большинства месторождений трещинного и трещинно-порового типа, породы-коллектора являются высоко проницаемыми именно за счет трещин, и их проницаемость падает только при уменьшении пластового давления. Если выработать соответствующие подходы по учету деформирования трещин, можно добиться оптимальной работы скважин, что приведет к увеличению текущего уровня добычи углеводородного сырья и коэффициента его извлечения.

Для того чтобы глубже изучить процессы, происходящие при разработке и эксплуатации месторождений углеводородов в последнее время часто пользуются методами математического моделирования. В настоящее время существует широкий выбор программ для моделирования геологии и разработки нефтяных и газовых месторождений, таких как «Eclipse», «Pertrel» (разработка французской фирмы «Schlumberger») — «IRAP», «TempestMORE» (разработка норвежской фирмы «Roxar») — «Техсхема» (разработка СургутНИПИнефть). Такие программы позволяют смоделировать как одну отдельно взятую скважину, так и месторождение в целом. Моделирование в таких программных продуктах производиться после анализа и обработки результатов газогидродинамических исследований скважинлабораторных и геофизических исследований, в результате которых определяются физико-механические и фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) пород продуктивной толщи.

Несмотря на разнообразие программных продуктов, до сих пор не существует математической модели в которой в полной мере учитывалась взаимосвязь деформационных и газогидродинамических процессов при разработке месторождений углеводородов.

В данной работе будут рассмотрены некоторые аспекты этой проблемы на примере Астраханского газоконденсатного месторождения и ачимовской залежи Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (УНГКМ). Цель работы.

На основе испытаний физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств, а так же по результатам обработки газогидродинамических исследований скважин разработать научные основы по учету влияния деформирования продуктивных объектов газоконденсатных месторождений, имеющих трещинно-поровый тип коллектора, на дебит скважин на примере Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) и ачимовской залежи Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (УНГКМ). Основная идея работы.

Основная идея работы заключается в реализации численными методами математических моделей деформирования трещиноватых горных пород для оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов и продуктивности скважин газоконденсатных месторождений. Задачи исследования.

1. Испытание физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений.

2. Анализ и обработка результатов исследований скважин методом акустического широкополосного каротажа.

3. Анализ и обработка результатов газогидродинамических исследований скважин для определения параметров модели деформирования пород-коллекторов трещинно-порового типа.

4. Моделирование деформаций коллектора в призабойной зоне скважины для оценки изменения индикаторных диаграмм и динамики дебита добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с учетом деформирования трещин.

5. На основе гидродинамической модели произвести прогноз основных технологических показателей разработки АГКМ с учетом деформаций пород-коллекторов при изменении пластового давления. Методы исследований.

Методы исследований включали в себя: испытания физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств продуктивных объектов при длительном действии высоких эффективных напряженийанализ и обработка газогидродинамических исследований скважин для определения параметров деформирования трещинанализ и обработка результатов геофизических исследований скважин, полученных методом акустического широкополосного каротажачисленное моделирование деформационных процессов в коллекторе при эксплуатации добывающих скважин. Научные положения, защищаемые в работе.

1. Метод определения параметров деформирования трещин на основе индикаторных диаграмм скважин, учитывающий распределение напряжений и пластового давления в коллекторе вблизи скважины.

2. Метод моделирования напряженно-деформированного состояния коллектора в призабойной зоне скважины, включающий использование дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве, позволяющий прогнозировать изменение продуктивности скважины в зависимости от падения пластового и забойного давления.

3. Принцип учета деформаций трещин при газогидродинамическом моделировании газоконденсатных месторождений, позволяющий получить основные технологические показатели работы месторождения с учетом изменения трещинной составляющей проницаемости.

Научная новизна работы.

1. Доказано, что деформирование пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ, относящихся к трещинно-поровому типу, существенно влияет на продуктивность скважин.

2. Разработана методика, позволяющая проводить моделирование призабойной зоны скважины с помощью дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве для прогнозирования изменения дебита в зависимости от пластового и забойного давления.

3. Разработана методика учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа, позволяющая исследовать и прогнозировать работу как отдельных скважин так и всего фонда скважин на месторождении при изменении давления флюида на примере АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.

Практическая ценность работы.

1. Разработанная методика учета деформаций трещин позволяет оценить влияние трещинной составляющей проницаемости на работу скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.

2. Впервые для АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ проведены исследования физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств образцов при длительном действии высоких эффективных напряжений и показано, что падение продуктивности скважин определяется трещиной составляющей проницаемости.

3. Разработанные методические подходы к учету деформаций продуктивных объектов позволяют более обоснованно прогнозировать дебит скважин, вскрывших коллектор трещинно-порового типа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: прямыми испытаниями образцов керна продуктивных объектов, использованием общепризнанных программных продуктов геологического и гидродинамического моделирования и моделей фильтрации в трещиноватой породе, проведением тестовых расчетов, использованием реальных газогидродинамических и геофизических исследований скважин, сходимостью с практическими данными. Реализация результатов работы.

Результаты работы использовались: для обработки реальных газогидродинамических исследований скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМдля моделирования реальных индикаторных диаграмм и динамики дебита скважин с учетом деформирования рассматриваемых продуктивных объектов при падении давления флюидадля геологического и гидродинамического моделирования разработки АГКМ с учетом деформаций трещин.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были представлены на XXXI и XXXIII научно-практической конференции (ГНФ ПермГТУ, 2002 г., 2004 г.) — на У-ом и УИ-ом конкурсе молодых ученых НК «ЛУКОЙЛ» на лучшую НТР (2004г., 2006 г.) — на VII международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2006» (г.Ухта, 2006 г.) — на научно-практической южнороссийской конференции «Проблемы бассейнового и геолого-гидродинамического моделирования» (г.Волгоград, 2006 г.) — на научно-технических советах ООО «Уренгойгазпром», ООО «Астраханьгазпром», АстраханьНИПИгазна научно-техническом семинаре кафедр МДГ и ГИС, РНГМ, ГНГ и БНГС горно-нефтяного факультета ПГТУ, на семинаре по механике горных пород в ИГД УрО РАН (г.Екатеринбург, 2007 г.). Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 161 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 21 таблиц и список использованной литературы из 120 наименований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

1. Проведено моделирование реальных индикаторных диаграмм скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. Показано, что уменьшение пластового давления может уменьшить продуктивность скважин в несколько раз за счет снижения проницаемости трещин. Показано так же, что высокие депрессии могут привести к эффекту «запирания» потока, связанного с уменьшением проницаемости трещин с ростом депрессии.

2. Выполнено моделирование динамики дебита скважин с учетом деформирования трещин, из которого следует, что даже незначительное снижение пластового давления приводит к значительному снижению дебита. В таком случае можно рекомендовать не создавать больших депрессий при работе скважин, тем самым предотвращая деформации трещин и сохраняя их проницаемость, что должно привести к увеличению суммарных накопленных отборов скважин.

3. В программном комплексе «IRAP RMS» норвежской фирмы «ROXAR» была создана геологическая модель АГКМ, учитывающая все особенности геологического строения продуктивной залежи. На основе геологической модели, с помощью процедуры «upscaling», была создана гидродинамическая модель АГКМ.

4. Газо-гидродинамическое моделирование осуществлялось в программном комплексе «Техсхема», позволяющем учитывать деформации трещин. При гидродинамическом моделировании использовались параметры деформирования трещин, полученные на основе обработки газогидродинамических исследований скважин и испытаний физико-механических свойств пород-коллекторов месторождения. Параметр исходной проницаемости трещин Ко, отвечающий за интенсивность падения проницаемости трещин, вводился в виде распределенного параметра, что позволило определить зоны наибольшего влияния трещинной составляющей проницаемости.

5. На основе гидродинамической модели проведен прогнозный расчет нескольких вариантов разработки АГКМ. В результате расчетов были получены прогнозные динамики основных технологических показателей разработки залежи до 2014 года с учетом деформирования трещин при изменении пластового давления. Прогнозные расчеты показали:

• при существующем фонде скважин годовые отборы газа должны сохраниться вплоть до 2014 года;

• при вводе новых скважин должен произойти рост годовых отборов, примерно, на 25%;

• остановка ряда скважин в центре месторождения на один год не должна привести к существенному уменьшению уровня добычи газа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе выполнения диссертационной работы было проанализировано влияние деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа на дебит скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. На основе испытаний физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств, обработки газогидродинамических исследований скважин, аналитических и численных расчетов были разработаны научные основы учета влияния деформирования продуктивных объектов трещинно-порового типа на дебит скважин.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Выполнены испытания образцов керна АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с целью получения данных по изменению физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств при длительном действии высоких эффективных напряжений. Условия испытаний соответствовали падению пластового давления в продуктивных объектах на 20−30 МПа. Результаты испытаний показали, что изменение пористости и проницаемости как для образцов АГКМ, так и для образцов ачимовской залежи УНГКМ довольно незначительныемаксимум несколько процентов от относительных величин, что не объясняет вид индикаторных диаграмм, кривых восстановления давления и резкое падение дебита многих высокодебитных скважин. Был сделан вывод, что при разработке рассматриваемых продуктивных объектов преобладающую роль играют деформации трещин.

2. Проведена обработка акустического широкополосного каротажа скважин, в результате которой были получены распределения коэффициента Пуассона вдоль ствола скважин. На основе коэффициента Пуассона была получена величина бокового горного давления и коэффициент охвата пласта трещиноватостью, который показал, что смыкание трещин для пород-коллекторов АГКМ происходит при снижении пластового давления ниже 40−45 МПа, для ачимовской залежи УНГКМ-при 30−35 МПа.

3. Проведена обработка индикаторных диаграмм и кривых восстановления давления с учетом деформирования трещин. В результате получены параметры, характеризующие деформации трещин пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.

4. Выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния призабойной зоны скважины с помощью дилатансионной модели деформирования трещиноватых горных пород по системам трещин. Показано негативное влияние высоких депрессий на проницаемость трещин. На основе модельных расчетов показан эффект увеличения эффективного радиуса скважины при щелевой перфорации, что должно привести к повышению ее продуктивности.

5. Проведено моделирование реальных индикаторных диаграмм скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. Показано, что уменьшение пластового давления может уменьшить продуктивность скважин в несколько раз за счет снижения проницаемости трещин. Показано также, что высокие депрессии могут привести к эффекту «запирания» потока.

6. Выполнено моделирование динамики дебита скважин с учетом деформирования трещин, из которого следует, что даже незначительное снижение пластового давления приводит к значительному снижению дебита. В таком случае можно рекомендовать не создавать больших депрессий при работе скважин, тем самым предотвращая деформации трещин и сохраняя их проницаемость, что должно привести к увеличению суммарных накопленных отборов скважин.

7. При гидродинамическом моделировании использованы параметры деформирования трещин, полученные на основе обработки газогидродинамических исследований скважин и испытаний физико-механических свойств пород-коллекторов месторождения. На основе гидродинамической модели проведен прогнозный расчет нескольких вариантов разработки АГКМ с учетом деформирования трещин.