СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОСТАТОЧНОЙ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
METHOD FOR DETERMINING A COEFFICIENT OF RESIDUAL WATER SATURATION OF ROCKS

Изобретение относится к области исследования горных пород-коллекторов нефти и газа и может найти применение при изучении пластов, сложенных слабо консолидированными породами, и малых непредставительных коллекций кернового материала.
Известен способ исследования физических свойств пористого тела, согласно которому получают трехмерное изображение слабо консолидированных образцов с помощью рентгеновского томографа (РТ), попиксельно сегментируют изображение на поровое пространство и скелет породы, выделяют из сегментированного изображения фрагменты, на каждом фрагменте проводят численное моделирование для расчета заданного физического свойства и рассчитывают парные значения физических свойств, получая корреляционную связь между следующими свойствами: пористость, проницаемость и скорость прохождения акустических волн (US 8170799, 2008).
Указанный способ не обеспечивает получение информации о коэффициенте остаточной водонасыщенности горных пород.
Также известен способ изучения остаточной водонасыщенности горных пород методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) [В.Д. Неретин, Я.Л. Белорай, В.И. Чижик и др. Определение коллекторских свойств горных пород импульсным методом ядерного магнитного резонанса (методические указания. Москва, ОНТИ ВНИИЯГГ, 1978, 78 с.].
Реализация указанного способа предусматривает экстрагирование образца с последующим насыщением его рабочей жидкостью.
Недостатком способа является высокая вероятность разрушения образца при исследовании слабо консолидированных кернов.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ исследования остаточной водонасыщенности в соответствии с требованиями ОСТ 39-204-86 «Нефть. Метод определения остаточной водонасыщенности коллекторов нефти и газа».
Известный способ предусматривает прямое определение коэффициента остаточной водонасыщенности на консервированных на скважине образцах керна и два варианта косвенного определения на экстрагированных образцах - с помощью центрифугирования и капилляриметрии.
Однако при изучении слабо консолидированных пород ни один из перечисленных вариантов не пригоден, поскольку образцы будут разрушаться в процессах кипячения, экстракции, центрифугирования или насыщения жидкостью. В случае, когда значительная часть кернового материала скважины представлена слабо консолидированными породами, то определение водонасыщенности для большей части коллекции не представляется возможным.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение получения информации о коэффициенте остаточной водонасыщенности слабо консолидированного керна и малых коллекций кернового материала, а также сокращение трудозатрат на исследование большого количества образцов.
Указанная проблема решается за счет того, что способ определения коэффициента остаточной водонасыщенности горных пород заключается в том, что осуществляют выбор образцов керна заданного литологического типа в широком диапазоне фильтрационно-емкостных свойств, после чего производят сканирование отобранных образцов с помощью рентгеновского томографа с получением трехмерных изображений образцов, которые сегментируют на поровое пространство и скелет породы, выделяют из каждого сегментированного трехмерного изображения несколько фрагментов, определяют для каждого фрагмента значение пористости, затем с помощью гидродинамического симулятора определяют значения скоростей движения флюида в дискретных точках порового пространства, строят гистограмму скоростей движения флюида, выбирают фрагмент с пористостью, максимально близкой к пористости реального образца керна из исследуемого литотипа, определяют пороговое значение скорости движения флюида, исходя из соблюдения условия: доля скоростей от общей площади гистограммы ниже порогового значения скорости движения флюида численно равна коэффициенту остаточной водонасыщенности реального образца, предварительно определенному экспериментально, присваивают всем выделенным фрагментам выбранное пороговое значение скорости движения флюида и, исходя из деления на категории подвижности жидких флюидов, относят все поровое пространство, в котором скорость движения флюида ниже порогового значения, к заполненному остаточной водой, рассчитывают для каждого выделенного фрагмента коэффициент остаточной водонасыщенности как отношение объема пор, заполненных остаточной водой, к общему объему пор.
Достигаемый технический результат заключается в построении и анализе поля скоростей однофазной фильтрации флюидов в объеме пустотного пространства горной породы на базе информации, полученной в процессе неразрушающего исследования с обеспечением минимизации деструктивных манипуляций с образцами керна.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен пример интегрального распределения скоростей течения флюида в поровом пространстве с указанием граничного значения скорости течения (Vгр) и площадей под интегральной кривой S1 и S2, необходимых для калибровки расчетных данных на лабораторные.
На фиг. 2 показано сопоставление лабораторных (пустые маркеры) и расчетных (черные маркеры) значений коэффициентов пористости и остаточной водонасыщенности.
На фиг. 3 показано пояснение к приему выделения нескольких фрагментов (виртуальных кубов) из каждой модели керна, что позволяет максимизировать количество получаемых расчетных данных коэффициента остаточной водонасыщенности.
На фиг. 4 приведен пример визуализации поля скоростей течения флюида в виртуальном кубе, полученного с помощью гидродинамического симулятора (слева), и карта распределения остаточной воды в поровом пространстве того же куба (справа).
Способ осуществляют следующим способом.
При проведении работ выбирают несколько образцов слабо консолидированного керна, относящихся к одному литологическому типу. При этом выбирают наиболее отличающиеся по предполагаемым значениям пористости и проницаемости образцы. Например, из интервала, сложенного серым песчаником, отбирают образцы с минимальной, максимальной и средней пористостью и проницаемостью. Образец керна также может иметь несимметричную форму, что осложняет обработку данных рентгеновской томографии, но не отменяет возможность расчета коэффициента остаточной водонасыщенности. Если образец керна не экстрагирован, то экстракцию перед проведением томографической съемки не проводят, поскольку остаточные флюиды, как правило, не видны на томографических снимках.
Далее каждый образец керна сканируют с помощью рентгеновского томографа (для апробации предлагаемого способа использовался томограф SkyScan 1172). Во время съемки образец не подвергается никаким разрушающим факторам, что и обуславливает возможность работы со слабо консолидированным керном. Для съемки выбирают максимально высокое разрешение и дискретизацию, исходя из временных затрат и ресурса рентгеновской трубки прибора.
Затем реконструируют трехмерное изображение образца керна. Для реконструкции рекомендуется использовать сопутствующие томографу программы, например NRecon. При реконструкции максимально удаляют артефакты (дефекты) трехмерного изображения.
После чего сегментируют поровое пространство и скелет горной породы. Сегментация основана на анализе спектра поглощения рентгеновского излучения образцом керна. При выборе границ порового пространства и скелета используют рекомендации производителя томографа и программы для сегментации либо экспертное мнение.
Далее из каждого сегментированного изображения (трехмерной модели керна) выделяют несколько фрагментов (виртуальных кубов). Размер, количество и место выделения кубов выбирают на основании экспертного мнения, принимая во внимание ограничения алгоритмов расчета и затраты машинного времени. Не рекомендуется выделять менее 5 кубов, поскольку это приведет к снижению точности расчета, получению меньшего количества информации из каждой томографической съемки.
Для каждого виртуального куба рассчитывают значение пористости (m0). Для расчета пористости рекомендуется использовать сопутствующие томографу программы, например NRecon.
Далее с помощью гидродинамического симулятора для каждого куба моделируют однофазное течение флюида в поровом пространстве, строят гистограмму скоростей течения (фиг. 1).
Выбирают один из виртуальных кубов («куб А» или «фрагмент А») и один из образцов («образец Б») отобранной коллекции керна с максимально близкими значениями коэффициента пористости. Для образца Б определяют коэффициент остаточной водонасыщенности в соответствии с требованиями ОСТ 39-204-86. Далее на гистограмме скоростей течения флюида для куба А выбирают граничное значение скорости течения Vгр таким образом, чтобы отношение площадей S1/(S1+S2) было численно равно измеренному по ОСТ коэффициенту остаточной водонасыщенности.
Далее для всех виртуальных кубов одного литологического типа назначают выбранное значение Vгр. Исходя из деления на категории подвижности жидких флюидов, области порового пространства, где скорость течения ниже Vгр, относят к остаточной воде. Рассчитывают коэффициент остаточной водонасыщенности для каждого куба как отношение объема пор, заполненных остаточной водой, к общему объему пор.
Полученные коэффициенты остаточной водонасыщенности для виртуальных кубов привязывают к коэффициентам пористости и строят петрофизическую связь. Сопоставление расчетных и лабораторных данных для терригенных и карбонатных пластов представлено на фиг. 2. В случае малого выноса керна предлагаемый путь может быть единственным способом определения остаточной водонасыщенности. Выделение нескольких виртуальных кубов позволяет из каждой томографической съемки получать соответствующее число расчетных значений пористости и остаточной водонасыщенности. Любой образец керна на микроуровне неоднороден, поэтому кубы, выделенные из одной модели, всегда имеют разные значения коэффициентов пористости и, соответственно, остаточной водонасыщенности. Это позволяет существенно экономить ресурсы томографа и времени, получать из ограниченного количества керна максимально возможное количество данных, что опять же актуально в случае малого выноса керна (фиг. 3).
Распределение остаточной воды в поровом пространстве визуализируют, используя выходные данные гидродинамического симулятора и принимая во внимание Vгр (фиг. 4). В приведенном примере скелет породы прозрачен, скорость течения имеет градиентную окраску - светлые тона соответствуют высоким скоростям течения, темные - низким. Физический размер ребра виртуального куба - 0,5×0,5×0,5 мм.
Как видно из представленных данных, описанный прием построения и анализа гистограммы скоростей течения флюида в поровом пространстве позволяет для пород различных литологических типов получать расчетные значения коэффициента остаточной водонасыщенности, а также строить петрофизические связи пористости и остаточной водонасыщенности, визуализировать распределение остаточной воды в поровом пространстве на микроуровне.
Таким образом, за счет построения карты распределения остаточной водонасыщенности в поровом пространстве горной породы по данным рентгеновской томографии и построения и анализа гистограммы скоростей однофазной фильтрации в поровом пространстве предлагаемое изобретение обеспечивает доступный, неразрушающий и практически воспроизводимый способ изучения остаточной водонасыщенности естественных горных пород различных литологических типов, ориентированный на изучение слабо консолидированных образцов и малых коллекций кернового материала.