Моделирование капиллярных свойств коллекторов с целью решения промыслово-геологических задач и повышения энергоэффективности вытеснения нефти водой (стр. 1 )

На правах рукописи

БОРИСОВ АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ КАПИЛЛЯРНЫХ СВОЙСТВ КОЛЛЕКТОРОВ
С ЦЕЛЬЮ РЕШЕНИЯ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ И ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫТЕСНЕНИЯ
НЕФТИ ВОДОЙ

Специальность 25.00.12 – Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Тюмень, 2013

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете (ТюмГНГУ).

Научный руководитель , доктор технических наук, профессор кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, ТюмГНГУ

Официальные оппоненты:
доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геологии месторождений нефти и газа, ТюмГНГУ

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ТО СугрутНИПИнефть

Ведущая организация научно - исследовательский институт нефтяной промышленности» (СибНИИНП)

Защита диссертации состоится 13 декабря 2013г в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.273.05 при Тюменском государственном нефтегазовом университете 6, Институт геологии и нефтегазодобычи, аудитория 515.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре при ТюмГНГУ 2.

Отзывы, заверенные печатью учреждения, в 2 экземплярах просьба направлять по адресу 625000, 6, ученому секретарю диссертационного. Факс: [phone], e‑mail: *****@***ru

Автореферат разослан 9 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук, доцент

. Зозуля

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Капиллярные силы оказывают большое влияние на формирование нефтегазовых залежей и их разработку. Так, при скоплении органического вещества в ловушках, распределение флюидов происходит согласно капиллярно-гравитационному принципу. Согласно этому же принципу формируется поверхность водонефтяного контакта в различных частях залежи, возникают капиллярные барьеры. При разработке месторождений капиллярные процессы проявляются в виде прямоточной и противоточной пропитки, перетоков флюидов и капиллярных концевых эффектов.

При таком активном вилянии очень важно учитывать капиллярные процессы при построении геологических и гидродинамических моделей залежей, планировании геолого-технологических мероприятий и решения прочих геолого-промысловых задач. Неучет капиллярных процессов приводит к неправильным представлениям о строении залежей углеводородов, недостоверным оценкам их запасов, неэффективности выбираемых систем разработки и ГТМ, пониженным коэффициентам извлечения и повышенным издержкам на эксплуатацию залежей.

Для учета капиллярных явлений необходимо достоверное их изучение и построение специальных капиллярных моделей, которые бы дополняли традиционные геологические и гидродинамические модели, повышая тем самым их информативность и достоверность. Проблемам создания таких моделей посвящена данная работа.

Цель работы

Повышение точности методов изучения и моделирования капиллярных характеристик горных пород с целью улучшения геологических моделей и геологического обоснования способов разработки залежей.

Основные задачи исследований

1. Обобщение и анализ ранее выполненных исследований в области капиллярных свойств горных пород.

2. Повышение качества исследований капиллярных свойств горных пород.

3. Повышение качества построения капиллярных петрофизических моделей.

4. Геологическое обоснование рекомендаций по эксплуатации залежей, для наиболее полного использования потенциала капиллярных сил, с целью экономии эксплуатационных энергозатрат.

Научная новизна

1. Разработан метод исследования капиллярных характеристик горных пород методом центрифугирования, основанный на трехмерном математическом моделировании. В отличие от аналогов, метод позволяет получать кривые капиллярного давления с количеством точек большим, чем количество скоростей центрифугирования. Также в отличие от всех ранее разработанных методов обработки, данный метод позволяет работать с роторами наклонного типа, что весьма актуально для центрифуг отечественного производства.

2. Разработана методика построения капиллярных петрофизических моделей, которые успешно заменяют J-функцию Леверетта, обеспечивая более точное описание формы капиллярных кривых и значений водонасыщенности. Данная методика позволяет на основе лабораторных экспериментов получать кривые капиллярного давления для заданных значений проницаемости.

3. Разработан способ оценки вклада капиллярных сил в добычу нефти. В отличие от ранее существующих способов, разработанный основывается на анализе истории добычи.

4. Разработаны способы нагнетания, позволяющие наиболее эффективно задействовать потенциал капиллярных сил залежи и снизить эксплуатационные затраты. В отличие от известного ранее циклического заводнения, предлагаемые режимы обеспечивают плавный запуск и остановку нагнетательных скважин, а также вытеснение нефти в промежуточных направлениях между скважинами.

Основные защищаемые положения

1. Применение трехмерного математического моделирования при исследовании капиллярных свойств методом центрифугирования позволяет получать более достоверные и детальные кривые капиллярного давления, чем при использовании традиционных методик.

2. Использование авторских эмпирико-аналитических моделей позволяет повысить точность математического описания и обобщения экспериментальных кривых капиллярного давления.

3. Замена единичного капиллярного числа на кривую капиллярных чисел, построенную по предлагаемой автором формуле, позволяет более достоверно и детально рассматривать соотношения капиллярных и гидродинамических сил в поровых каналах.

Теоретическая значимость работы

В результате выполненной работы расширены представления о соотношении и взаимодействии капиллярных и гидродинамических сил в нефтегазоносных пластах введен ряд новых понятий и формул. В работе расширено понятие двойной среды, переработаны представления о механизме вытеснения из нее углеводородов.

Практическая ценность работы

Реализация разработок, сделанных в ходе данной работы, позволит повысить качество исследования капиллярных характеристик, точность геологических моделей залежей и подсчета запасов углеводородов.

Разработанный метод исследования капиллярных характеристик путем центрифугирования позволяет работать с роторами наклонного типа, которые наиболее часто используются в лабораториях России и стран бывшего СССР.

Кроме того, использование предложенных капиллярных моделей позволяет оценить потенциальный вклад капиллярных процессов в добычу нефти, что позволит более правильно выбрать режимы разработки залежи. Последнее позволяет увеличить нефтеотдачу и снизить эксплуатационные энергозатраты.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 25.00.12 – «Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений», а именно пунктам:

1. Происхождение и условия образования месторождений нефти и газа:

- условия формирования скоплений нефти и газа в земной коре;

2. Прогнозирование, поиски, разведка и геолого-экономическая оценка месторождений:

- методология прогнозирования, оценки ресурсов и подсчет запасов нефти и газа;

3.  Геологическое обеспечение разработки нефтяных и газовых месторождений.

Реализация работы

Материалы диссертации используются в научно-исследовательской деятельности ООО «ТюменНИИгипрогаз». Методика построения капиллярных петрофизических моделей, внедрена в практику исследования керна .

Личный вклад автора

Автором разработаны: метод обработки результатов центрифугирования, метод построения капиллярных петрофизических моделей; способ оценки потенциального вклада капиллярных сил в добычу нефти. В соавторстве с был разработан способ оценки доли нефти, добываемой за счет капиллярных процессов. Все выводы по результатам исследований сделаны лично автором.

Апробация работы

Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений ТюмГНГУ а также на ряде конференций, в числе которых:

Международные и с иностранным участием. «Трофимуковские чтения - 2008» (Новосибирск, 2008), II международная конференция геологов и геофизиков «Тюмень -2009» (Тюмень, 2009), «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов» (Геленджик, 2009) , «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (Оренбург, 2009), «Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы»(Москва, 2010), «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (Астрахань, 2010).

Всероссийские. «Новые технологии для ТЭК Западной Сибири» (Тюмень, 2008).

Региональные. «Пути развития нефтегазового и рудного потенциала Ханты-Мансийского – Югры» (Ханты-Мансийск, 2008);

Конференции молодых ученых и специалистов. «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири» (Тюмень, 2006, 2008, 2010), «Молодежь как инновационная составляющая развития Тюменской Области» (Тюмень, 2007), «Современные методы изучения, моделирования и разработки нефтегазовых и газоконденсатных месторождений» (Тюмень, 2008), научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов Газпром добыча Надым (Надым, 2009), «Газовой отрасли - энергию молодых ученых!» (Ставрополь, 2010).