СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО РАСЧЕТА НАСЫЩЕННОСТИ ТРЕЩИННОГО КОЛЛЕКТОРА УГЛЕВОДОРОДАМИ
METHOD FOR QUANTITATIVE CALCULATION OF SATURATION OF FRACTURED RESERVOIR WITH HYDROCARBONS

Область техники
Настоящее изобретение относится к разработке нефтяных месторождений, в частности к методу количественного расчета насыщенности трещинного коллектора жидкими (газообразными) углеводородами на основе калибровки результатов численного моделирования с использованием данных анализа керна и герметизированого керна в сочетании с двойным боковым каротажным зондированием (БКЗ) и отображением данных каротажа в трещинном коллекторе, в частности в лаве или карбонатной породе.
Предшествующий уровень техники
Оставшиеся месторождения углеводородов в земной коре распределены главным образом между четырьмя источниками, включая залежи литологического типа, прибрежные залежи, залежи среднего и глубинного уровня наложенных и внутренних впадин, из которых залежи литологического типа составляют более 60% от вновь разведанных запасов и таким образом представляет собой основной источник замещения законсервированных месторождений нефти и увеличения ее запасов. Значительная часть обнаруженных за последние годы крупных нефтяных карбонатных и вулканических коллекторов и месторождений газа представляет собой коллекторы литологического типа. Указанные коллекторы часто имеют комплексную пористость и содержат разнообразные поры, в частности каверны и трещины. В связи с этим количественный расчет насыщенности трещинного коллектора углеводородами имеет большое значение для повышения эффективности разработки литологического коллектора.
До настоящего времени электрическое зондирование, примером которого является двойное боковое каротажное зондирование, является основным способом оценки насыщенности углеводородами. Оценку насыщенности углеводородами с использованием электрического зондирования обычно проводят на основе формулы Арчи и расширенных формул. Расширенные формулы для расчета насыщенности углеводородами трещинного коллектора выведены из модели простой трещины. Исследования по расчету насыщенности трещинного коллектора описаны в монографии [Yandong Tan. Interpretation Model and Evaluation Method of Well Logging in Fractured Reservoir (1987, Petroleum Industrial Press)]. На основе модели простой трещины автором получены аналитические выражения для удельного сопротивления и показателя удельного сопротивления для породы с горизонтальными, вертикальными и сетчатыми трещинами. В монографии [Liangxiao Zhao. Evaluation Technique of Well Logging in Carbonate Rock Reservoir (1994, Petroleum Industrial Press)] предложен способ расчета насыщенности коллектора трещинами и порами. Все способы количественного расчета насыщенности трещинного коллектора, разработанные в более поздних исследованиях, основаны на описанных выше классических способах.
В классических способах расчета насыщенности трещинного коллектора существует три проблемы. Во-первых, модель простой трещины не отражает закономерностей реального распределения трещин в коллекторе. Во-вторых, способ на основе простого последовательного и/или параллельного расчета не полностью учитывает электрические свойства породы, находящейся под воздействием трещин. Влияние трещин на электрические свойства породы включает как перенос электричества самими трещинами, так и изменение электрических свойств, вызванное влиянием насыщенности матрицы. В-третьих, эти модели часто включают такие параметры, как показатель трещинной пористости (mf), показатель насыщенности трещины (nf), насыщенность трещины связанной водой (Sfb) и т.д., точное определение которых крайне затруднительно. На практике наблюдается большое расхождение между результатами расчета согласно классической модели насыщенности в трещинных коллекторах и результатами анализа герметизированого керна.
Кроме того, чисто численное моделирование электрических свойств трещинного коллектора учитывает только влияние их относительного изменения, которое сильно отличается от характеристик реального коллектора и, соответственно, не может использоваться на практике для оценки коллектора посредством зондирования. В связи с этим оценка насыщенности трещинного коллектора углеводородами представляет собой одну из подлежащих решению проблем.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка способа количественного расчета насыщенности трещинного коллектора углеводородами с целью повышения точности оценки каротажной диаграммы трещинного коллектора.
Для достижения вышеуказанной задачи настоящее изобретение включает следующие стадии С1-С7.
С1. На основе известных данных керна полного диаметра определяют зависимость удельного сопротивления (I) от водонасыщенности (Sw) матрицы;
на основе анализа данных герметизированого керна определяют реальную насыщенность водой (нефтью/газом) нетронутой (исходной) формации трещинного коллектора.
С2. Определяют трещинную пористость на различных глубинах трещинного коллектора с использованием графического отображения известных данных каротажного зондирования. Показатели удельного сопротивления на различных глубинах рассчитывают с использованием данных двойного БКЗ в сочетании с данными анализа керна.
Показатели удельного сопротивления на различных глубинах рассчитывают на стадии С2 следующим образом: удельное сопротивление нетронутой формации Rt определяют по данным глубинного БКЗ, а удельное сопротивление водонасыщенной формации R0 рассчитывают по формуле Арчи на основе диаграммы каротажа пористости в сочетании с данными анализа керна.
Отображение данных каротажного зондирования на стадии С2 представляет собой отображение данных полнопроходного сканирования микросопротивления или электроакустического каротажа.
С3. Создают модель перколяционной сетки, включающей матрицу и трещину, на основе известных данных о региональных особенностях структуры пор, пористости и проницаемости, и посредством дренажного моделирования определяют взаимосвязь между показателем удельного сопротивления (I) и водонасыщенностью (Sw) трещинного коллектора.
Модель перколяционной сетки, включающей матрицу и трещину, на стадии С3 создают посредством определения радиусов пор и каналов и их распределений, определения соединений между порами и установления трехмерной модели пористой структуры.
Региональные особенности структуры пор, описанные на стадии С3, могут быть определены посредством анализа методами ртутной порометрии, ядерного магнитного резонанса и электронной микроскопии.
При создании модели на стадии С3 параметры модели, включая радиусы и их распределение, пористость и проницаемость матрицы, соответствуют данным анализа керна.
С4. На основе данных экспериментов с использованием керна и герметизированого керна производят калибровку результатов численного моделирования в соответствии с моделью перколяционной сетки.
Результаты численного моделирования на стадии С4 калибруют следующим образом:
С4-1. Результаты численного моделирования при трещинной пористости, равной 0, на стадии С3 калибруют на основе результатов экспериментов по определению электрических свойств керна (зависимость I-Sw) в заданном интервале. По своей сути способ заключается в аппроксимации параметров при численном моделировании таким образом, чтобы результаты численного моделирования при трещинной пористости, равной 0, совпали с результатами экспериментов по измерению электрических свойств керна.
С4-2. Затем результаты моделирования, полученные на стадии С3, калибруют с использованием данных анализа водонасыщенности, полученных с использованием герметизированого керна, показателя удельного сопротивления на соответствующей глубине, рассчитанного на стадии С2, и трещинной пористости на соответствующей глубине, рассчитанной на стадии С1. По своей сути способ заключается в аппроксимации параметров при численном моделировании таким образом, чтобы результаты численного моделирования при трещинной пористости на соответствующей глубине совпали с результатами анализа герметизированого керна.
Рассмотренные выше параметры моделирования включают главным образом структуру пор, свойства флюида и т.д.
С5. После калибровки получают зависимость между показателем удельного сопротивления (I) и водонасыщенностью (Sw) при различной трещинной пористости посредством численного моделирования; трещинная пористость, описанная на стадии С5, находится в пределах 0,1%-0,5%.
С6. Посредством интерполяции получают зависимость удельного сопротивления от водонасыщенности при различной трещинной пористости; оптимальная интерполяционная функция, полученная на стадии С6, имеет вид:
где I - показатель удельного сопротивления; Sw - водонасыщенность; а, и и с - константы.
a
При матричной пористости 3% и трещинной пористости 0,0%: =0,03, b=3,44, c=0,52;
a
при матричной пористости 3% и трещинной пористости 0,1%: =0,06, b=2,70, c=0,52;
a
при матричной пористости 3% и трещинной пористости 0,2%: =0,20, b=1,47, c=0,67;
a
при матричной пористости 3% и трещинной пористости 0,3%: =0,38, b=0,85, c=0,77;
a
при матричной пористости 3% и трещинной пористости 0,4%: =0,52, b=0,53, c=0,91.
С7. Насыщенность трещинного коллектора углеводородами рассчитывают в соответствии с трещинной пористостью, определенной на стадии С2, и с использованием интерполяционной функции, выбранной на стадии С6.
Интерполяционную функцию, используемую на стадии С7, выбирают с целью определения соответствующей зависимости показателя удельного сопротивления от водонасыщенности. Водонасыщенность и насыщенность углеводородами на определенной глубине рассчитывают на основе показателя удельного сопротивления, рассчитанного на стадии С2.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1 представлена модель пористой структуры, включающей матрицу и трещину; средний слой соответствует трещине, а верхний и нижний слои соответствуют матрице. В матрице все пространство пор изображено в виде шариков, а каналы - в виде линий, при этом размер шарика соответствует объему поры, а толщина линии соответствует размеру канала.
На фиг.2 представлены данные для матричной пористости 3%, а трещинная пористость (FV РА) имеет значения от 0% до 0,4%. На оси абсцисс изображена водонасыщенность, а на оси ординат - показатель удельного сопротивления. Крайняя правая кривая на фиг.2 соответствует экспериментальной зависимости показателя удельного сопротивления от водонасыщенности, полученной из анализа керна при трещинной пористости, равной 0. Крайняя левая кривая на
фиг.2 соответствует результатам моделирования на основе калибровки данных анализа герметизированого керна. Остальные кривые на фиг.2 соответствуют зависимостям показателя удельного сопротивления от водонасыщенности, полученным посредством численного моделирования с использованием в качестве ограничений данных анализа керна и анализа герметизированого керна при трещинной пористости соответственно 0,1%, 0,2% и 0,3%.
На фиг.3 приведен пример результатов обработки результатов каротажа с использованием предлагаемого в настоящем изобретении способа количественного расчета насыщенности трещинного коллектора водой (углеводородами).
Подробное описание изобретения
Ниже приводится подробное описание конкретного осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры.
1. Выполняют эксперимент с керном полного диаметра и анализ герметизированного керна трещинного коллектора: на основе данных эксперимента с керном полного диаметра определяют зависимость показателя удельного сопротивления (I) от насыщенности матрицы водой (Sw); реальную насыщенность водой (углеводородами) нетронутой формации трещинного коллектора определяют посредством анализа герметизированного керна.
2. Трещинную пористость на различных глубинах определяют посредством обработки отображения данных зондирования (FMI, STAR и т.д.). Показатели удельного сопротивления на различных глубинах рассчитывают с использованием данных двойного БКЗ в сочетании с данными анализа керна. Удельное сопротивление нетронутой формации Rt определяют по данным глубинного БКЗ, а удельное сопротивление водонасыщенной формации RO рассчитывают по формуле Арчи на основе пористости по данным каротажа в сочетании с данными анализа керна.
3. Модель перколяционной сетки, включающей матрицу и трещину, в исследуемой области устанавливают на основе данных анализа структурных особенностей пор (методами ртутной порометрии, ядерного магнитного резонанса, электронной микроскопии и т.д.), анализируемой пористости и данных о проницаемости. Зависимость между показателем удельного сопротивления (I) и насыщенностью трещинного коллектора водой (Sw) изучают посредством дренажного моделирования. При создании численной модели ее параметры, такие как радиусы и распределения пор и каналов, пористость, проницаемость и т.д., должны с достаточно высокой точностью соответствовать результатам анализа керна. На фиг.1 представлена полученная модель пористой структуры, включающей матрицу и трещину; средний слой соответствует трещине, а верхний и нижний слои соответствуют матрице. В матрице все пространство пор изображено в виде шариков, а каналы - в виде линий, при этом размер шарика соответствует объему поры, а толщина линии соответствует размеру канала.
4. Результаты численного моделирования калибруют на основе данных эксперимента с использованием керна и анализа герметизированого керна. Результаты моделирования при трещинной пористости, равной 0, калибруют в соответствии с результатами экспериментов по определению электрических свойств керна (зависимость I-Sw) в заданном интервале. Последовательность осуществления способа включает: приведение результатов численного моделирования при трещинной пористости, равной нулю, в соответствие с результатами эксперимента по определению электрических свойств керна (крайняя правая кривая на фиг.2) за счет подгонки параметров модели, полученной посредством численного моделирования (к указанным параметрам относятся структура пор, свойства флюида и т.д.).
Результаты моделирования калибруют с использованием водонасыщенности по данным анализа герметизированого керна, показателя удельного сопротивления на соответствующей глубине, рассчитанного на рассмотренной выше стадии 2, и трещинной пористости на соответствующей глубине, рассчитанной на рассмотренной выше стадии 1. Подробная последовательность расчета в соответствии с данным способом включает:
приведение результатов численного моделирования при трещинной пористости, соответствующей заданной глубине (указанное значение определено по данным отображения результатов каротажа), в соответствии с результатами анализа герметизированного керна (крайняя левая кривая на фиг.2) за счет подгонки параметров модели, полученной посредством численного моделирования (к указанным параметрам относятся структура пор, свойства флюида и т.д.).
5. После калибровки с использованием данных анализа керна и герметизированного керна моделирование осуществляют повторно с целью установления зависимости между показателем удельного сопротивления (I) и водонасыщенностью (Sw) при различной трещинной пористости. На фиг.2 представлена зависимость между показателем удельного сопротивления (I) и водонасыщенностью (Sw) при трещинной пористости 0,1%, 0,2% и 0,3%.
6. Устанавливают интерполяционную функцию между показателем удельного сопротивления (I) и водонасыщенностью (Sw) при различной трещинной пористости. На основе результатов моделирования, представленных на фиг.2, по данным интерполяционного анализа определены следующие оптимальные зависимости между показателем удельного сопротивления (I) и водонасыщенностью (Sw):
при трещинной пористости, равной 0,0%:
при трещинной пористости, равной 0.1%:
при трещинной пористости, равной 0,2%:
при трещинной пористости, равной 0,3%:
при трещинной пористости, равной 0,4%:
7. Рассчитывают насыщенность трещинного коллектора углеводородами. Количественный расчет насыщенности трещинного коллектора водой (углеводородами) производят в соответствии с трещинной пористостью, определенной по данным отображения результатов каротажа, выбранной функцией зависимости между установленными ранее показателем удельного сопротивления (I) и водонасыщенностью (Sw), и данными глубинного БКЗ. Например, в соответствии с результатами анализа отображения данных каротажа при выборе для расчета насыщенности углеводородами приведенной выше формулы (2) трещинная пористость на определенной глубине составляет 0,1%. На фиг.3 приведена практическая обработка результатов в определенном интервале для определенной скважины в нефтяном месторождении Daqing в Китае, где профиль, ближайший к крайнему правому, соответствует результатам анализа насыщенности газом в соответствии с традиционной моделью трещины, а крайний правый профиль соответствует результату расчета насыщенности газом в соответствии со способом, предлагаемым в настоящем изобретении. Сопоставление представленных данных показывает, что результат расчета насыщенности газом в соответствии со способом, представленным в настоящем изобретении, хорошо согласуется с результатом анализа данных, полученных с использованием герметизированного керна.
Промышленное применение
В традиционных способах расчета насыщенности трещинного коллектора существует три проблемы. Во-первых, модель простой трещины не отражает закономерностей реального распределения трещин в коллекторе. Во-вторых, способ на основе простого последовательного и/или параллельного расчета не полностью учитывает электрические свойства породы, находящейся под воздействием трещин. Влияние трещин на электрические свойства породы включает как перенос электричества самими трещинами, так и изменение электрических свойств, вызванное влиянием насыщенности матрицы. В-третьих, эти модели часто включают такие параметры, как показатель трещинной пористости (mf), показатель насыщенности трещины (nf), насыщенность трещины связанной водой (Sfb) и т.д., точное определение которых крайне затруднительно. На практике наблюдается большое расхождение между результатами расчета согласно классической модели насыщенности в трещинных коллекторах и результатами анализа с использованием герметизированного керна.
Кроме того, чисто численное моделирование электрических свойств трещинного коллектора учитывает только влияние их относительного изменения, которое сильно отличается от характеристик реального коллектора и, соответственно, не может использоваться на практике для оценки коллектора путем каротажного зондирования. В связи с этим оценка насыщенности трещинного коллектора углеводородами представляет собой одну из подлежащих решению проблем.
В сравнении с традиционными моделями для расчета насыщенности трещинного коллектора настоящее изобретение способно значительно повысить точность расчета насыщенности трещинного коллектора углеводородами. При матричной пористости 3%, трещинной пористости 0,2% и показателе удельного сопротивления 4 насыщенность углеводородами в соответствии с традиционным способом расчета составляет 0,49, в то время как в соответствии со способом, предлагаемым в настоящем изобретении, она составляет 0,67, что превышает результат, полученный при использовании традиционного способа расчета, на 0,18.