Разработка методики выявления и оценки продуктивных зон на месторождениях нефти и газа, сложенных карбонатными коллекторами: на примере Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения

Актуальность работы. Карбонатные породы во многих районах развиты весьма широко, составляя в целом, как в стратиграфическом разрезе осадочных толщ, так и в пространстве обширные комплексы отложений, перспективы нефтегазоносности которых по существу оценены должным образом сравнительно недавно. Карбонатные породы свойственны всей геологической шкале: от докембрия до неогена. По разным подсчетам в карбонатных коллекторах сосредоточено от 35 до 48% запасов нефти и порядка 23−28% газа в мире. В некоторых странах, например в Иране, Омане, Сирии, Мексике, доля запасов нефти, приуроченных к карбонатным коллекторам, достигает почти 100%.

В Российской Федерации наиболее широко карбонатные породы и карбонатные коллекторы нефти и газа представлены в Волго-Уральской области и Тимано-Печорской провинции, Оренбургско-Актюбинском Приура-лье, Прикаспийской впадине, в районах Ставропольского края и Дагестана, на Северо-Западном Кавказе и в Припятской впадине, на Сибирской платформе и в других регионах. Большой вклад в изучение нефтегазоносных карбонатных отложений внесли такие ученые как К. И. Багринцева, Р. Крейз, В. Г. Кузнецов, Дж. В. Чилингар, Г. Е. Арчи, Ю. И. Марьенко, X. Дж. Биссел, Е. М. Смехов, и др.

По характеристикам вещественного состава и резкой изменчивости физических и коллекторских свойств карбонатные породы-коллекторы крайне неоднородны. Ввиду сложности строения большинства типов карбонатных пород, их неоднородности и своеобразия условий фильтрации в них флюидов выделение среди них пластов коллекторов, подсчет запасов нефти и газа, управление разработкой месторождения являются трудной задачей.

В последний период в связи с бурным развитием в области вычислительной техники новые возможности для решения этих проблем дает компьютерное геолого-гидродинамическое моделирование. Российскими и зарубежными учеными и практиками проведено много исследовательских работ, направленных на снижение неопределенностей моделей. Необходимо упомянуть таких авторов как Г. Н. Гогоненков, С. Пирсон, С. Н. Закиров, Г. М. Зо-лоева, М. Райдер, С. Б. Денисов, Т. С. Изотова, Ч. Пейтон, А. Г. Авербух, И. А. Мушин, Р. Шерифф и др.

Процесс построения детальной геологической модели предусматривает создание по комплексному анализу геофизической, геологической и промысловой информации подробной трехмерной сетки с горизонтальными слоями залежи, содержащей информацию о распределении коллекторов и литологических экранов, положении флюидальных контактов, о значениях коэффициентов пористости, проницаемости, нефтегазонасыщенности и закономерностях изменения их в объеме залежи. Для насыщения сетки параметрами фильтрационно-емкостных свойств, такими как пористость, проницаемость, применяются детерминистский и стохастический (вероятностный) подходы.

В случае моделирования емкостных свойств продуктивных отложений месторождений углеводородов, сложенных карбонатными коллекторами, данные средства не могут учесть природу образования и развития очагов вторичных процессов преобразования структуры порового пространства, определяющих конечные коллекторские свойства пород продуктивных отложений.

Общеизвестно, что выделение отдельных пропластков и их пачек в известняках — задача гораздо более сложная по сравнению с песчано-глинистыми отложениями. Одним из объяснений этому является очаговый, существенно неоднородный характер пористости, как следствие вторичных процессов, затрудняющий идентификацию одного пласта или пропластка по пористости на соседних скважинах в пределах одного стратиграфического разреза. Поэтому задача разработки методов, учитывающих закономерности развития очаговой пористости, применительно к месторождениям карбонатного тала, очевидна и крайне актуальна.

Существует предположение о том, что форма и структура любых природных объектов определяется всеобщими математическими закономерностями, что нашло подтверждение в современных исследованиях в области физики, химии, биологии, медицины (Шмидт Ф.К., О. В. Бецкий, О.Ю. Грызлова). Такие очевидные примеры, как дерево, куст, колония кораллов — геометрически самоподобны, т. е. они состоят из повторяющихся элементов разных размеров. В данной работе автор поставил своей задачей проследить не прямое морфологическое подобие, а статистическое самоподобие, также воспроизводящееся на различных масштабах.

Цель работы. Создание методики выявления продуктивных зон на разрабатываемых карбонатных месторождениях нефти и газа, характеризующихся высокой неоднородностью и развитием очаговой пористости. В основе работы использована теория о самоподобии в макрои микро-мире: характер распределения пористости в пласте подобен статистическим характеристикам распределения пор в породе.

Основные задачи исследований:

1. Анализ и оценка применяемых подходов моделирования коллек-торских свойств при создании геологической модели и подсчете запасов нефти и газа карбонатных месторождений.

2. Обоснование фракгально-самоподобного подхода для прогнозирования высокопористых зон применительно к карбонатным месторождениям углеводородов.

3. Разработка системного подхода к моделированию очаговой пористости.

4. Формирование очаговой геологической модели с целью создания впоследствии очаговой сеточной модели проницаемости для карбонатных месторождений и уточнения на ее основе технологической схемы разработки.

Фактический материал.

Основным предметом исследования явились керновый материал, материалы геофизических исследований скважин на Оренбургском нефтегазо-конденсатном месторождении.

Были изучены и проанализированы петрофизические свойства большого количества образцов (2000 штук). Полученный материал был использован для выборки образцов, впоследствии изученных методами электронной микроскопии.

На современном растровом электронном микроскопе Quanta 200, установленном в Институте кристаллографии, были сделаны снимки изучаемых образцов при различных увеличениях: от 40 до 1600. С помощью разработанного автором программного обеспечения был проведен анализ электронно-микроскопических снимков 200 образцов и исследована структура порового пространства коллекции образцов карбонатных пород ОНГКМ (возраст — Pi art, Pi skm).

Проанализирован геофизический материал по 137 скважинам Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения.

Изучен и обобщен большой литературный материал, связанный с карбонатными породами, коллекгорскими свойствами и их методами исследования, факторами, влияющими на развитие порового пространства.

Научная новизна работы в следующем:

Предложен очагово-кластерный (фрактальный) подход к методике моделирования зон повышенных коллекторских свойств месторождений, сложенных карбонатными коллекторами, учитывающий природу образования и развития очагов вторичных процессов.

При моделировании распределения пористости в пласте (макроуровень) использованы статистические характеристики распределения пор в породе (микроуровень) в рамках теории о самоподобии.

Впервые предложен динамический алгоритм осреднения сква-жинных данных, учитывающий неоднородный характер распространения пористости.

Защищаемые положения:

1. Разработаны алгоритмы анализа коллекгорских свойств пород по РЭМ-снимкам, реализованные в программном обеспечении «Коллектор».

2. Установлена обобщенная статистическая закономерность долевого распределения пор для данной стадии катагенетического преобразования карбонатных пород на ОНГКМ, т. е. участия пор определенного размера в формировании емкостных объемов.

3. Выявлена закономерность относительного изменения степени расчлененности эффективных и неэффективных толщин с увеличением в разрезе доли эффективных толщин в общей толщине. Данная закономерность отражает природу самоподобия и дает основания для очаговой модели прогнозирования высокопродуктивных зон карбонатных месторождений.

4. Предложен динамический алгоритм осреднения скважинных данных.

Практическая ценность работы заключается в уточнении геологической модели месторождений, сложенных карбонатными коллекторами, путем применения очагово-кластерного подхода на основе Оренбургского неф-тегазоконденсатного месторожденияповышение информативности и точности петрофизических исследований за счет изучения коллекгорских свойств породы по снимкам РЭМ с помощью разработанного автором специализированного программного обеспечения «Коллектор». Данное программное обеспечение будет способствовать изучению структуры и свойств пород как карбонатного, так и иного происхождения.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный программный инструмент «Коллектор», основанный на анализе электронно-микроскопических изображений структуры порового пространства, полученных методом катодолюминесценции, позволяет оценивать емкостные и фильтрационные свойства пород. Результаты, полученные с помощью данной программы, были включены в ряд проектных документов по Оренбургскому НГКМ.

Апробация работы. Основные материалы и защищаемые положения работы были доложены на XX и XXI Российских конференциях по электронной микроскопии (Черноголовка, 2005;2006 гг.), семинарах Лаборатории проблем освоения нетрадиционных ресурсов, Всероссийской конференции «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности» (Москва, 2007).

Публикации. По основному содержанию работы представлены 6 публикаций и 1 статья находится в печати.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Изложена на 156 страницах машинописного текста, включая 62 рисунка, 3 таблицы, список литературных источников из 69 наименований, 1 приложение.

Заключение

.

В результате выполнения работы были достигнуты следующие цели:

1. Разработано программное обеспечение «Коллектор» для анализа коллекгорских свойств пород по РЭМ-снимкам.

2. С помощью программы «Коллектор» изучена коллекция образцов по нескольким скважинам ОНГКМ и получены разносторонние статистические характеристики пород.

3. На основании анализа коллекгорских свойств по большой выборке скважин показано, что на ОНГКМ существуют очаговые процессы формирования эффективной пористости. Предложен динамический алгоритм осреднения скважинных данных.

4. Предложен алгоритм построения кластеров, который может быть положен в основу конструирования резервуара по известным характеристикам структуры порового пространства и коллекторским свойствам скважин для всей толщи ОНГКМ и других карбонатных месторождений сложного строения. Построенная структура очагов и порожденных ими кластеров на отдельном участке показала хорошую согласованность с реальными данными.

Предложенный методический подход нуждается в развитии и требует ряд усложнений, в частности — уход от линейности при вычислении размеров кластеров, создание алгоритма для трехмерного размещения очаговых структур в объеме пласта. Подтверждение результатов моделирования можно получить при сравнении с данными горизонтального бурения.