Методы и средства нефтегазопромысловой геологии

Глава II

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА

НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ

ГЕОЛОГИИ

§ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОЛОГИИ

Цель нефтегазопромысловой геологии заключается в геологическом обосновании наиболее эффективной деятельности по добыче нефти и газа и повышению использования недр.

Основная цель разбивается на ряд компонент, к которым относятся промыслово-геологическое моделирование залежей, подсчет запасов нефти, газа, конденсата и ценных попутных компонентов, геологическое обоснование систем разработки нефтяных и газовых месторождений, геологическое обоснование мероприятий по повышению нефте-, газо-или конденсатоотдачи, обеспечение комплекса наблюдений в процессе разведки и разработки охраны недр месторождений.

Другой вид компонент — сопутствующие цели, которые направлены на более эффективное достижение основной цели. К ним относятся геологическое обслуживание процесса бурения и эксплуатации скважин, а также внутренние цели нефтегазопромысловой геологии, такие, как совершенствование собственной методологии и методической базы.

Задачи нефтегазопромысловой геологии состоят в получении информации об объекте исследований, в поисках закономерностей, объединяющих наблюденные разрозненные факты о строении и функционировании залежи в единое целое, в выработке правил рационального проведения исследований, в создании методов обработки, обобщения и анализа результатов наблюдений и исследований, в оценке эффективности этих методов в различных геологических условиях и т.д.

Среди этого множества могут быть выделены задачи трех типов: 1) конкретно-научные, 2) методические, 3) методологические.

Решение конкретно-научных задач направлено на изучение конкретного геолого-технического комплекса. Сюда входят следующие задачи:

1. Изучение состава и свойств горных пород, слагающих продуктивные отложения, состава и свойств нефти, газа и воды, геологических и термодинамических условий их залегания и закономерностей их изменчивости в пределах изучаемого объекта.

2. Выявление первичной структуры залежи — выделение слоев, пластов, горизонтов зон замещения коллекторов, изучение пликативных, дизъюнктивных и инъективных дислокаций, зон с разным характером нефтегазонасыщения и т.д.

3.    Установление кондиций и других граничных значений естественных геологических тел (например, для разделения высоко-, средне- и низкопродуктивных пород). В совокупности с задачами второй группы это позволяет оценить запасы нефти и газа и их размещение в объеме залежи.

4.    Построение классификации геолого-технических комплексов по множеству признаков. Следует подчеркнуть, что только генетические классификации залежей углеводородов недостаточны для нефтегазопромысловой геологии. При ее построении должны учитываться преобразования, вызываемые процессом разработки.

5.    Изучение особенностей и характера вытеснения нефти и газа водой или другими агентами в условиях конкретной залежи с ее неоднородностью, свойствами пластовых флюидов и примененной системой разработки, изучение охвата пластов воздействием, путей перемещения нефти, газа и воды в пластах, характера размещения остаточных запасов нефти или газа на каждом новом этапе и т.д.

6.    Изучение влияния строения и свойств залежи на эффективность систем разработки (устойчивость отборов нефти и газа, темпов разработки, себестоимости продукции, проектная нефтеотдача и др.).

Методические задачи — совершенствование известных и создание новых методов решения конкретно-научных задач, в том числе:

1. Совершенствование методов проведения наблюдений, решение вопросов определения необходимого и достаточного числа наблюдений, плотности сети и периодичности наблюдений, организации опробования, построения материальных моделей и их использования для получения и сбора информации на всех стадиях подготовки, проектирования и функционирования ГТК.

2. Развитие методов обобщения информации и описания залежей и месторождений: словесное описание, отображение с помощью различных графических средств (построение схем, профилей, карт, графиков, блок-диаграмм и т.п.), формализованное описание (с помощью средств математики), т.е. развитие методики построения различных моделей, отображающих отдельные стороны ГТК.

3.    Совершенствование методик промыслово-геологического прогнозирования запасов и показателей разработки, геологического обоснования проектов и действующих систем разработки, промыслово-геологических методов оценки текущей и конечной нефтегазоотдачи и т.п.

В методологические задачи нефтегазопромысловой геологии входят следующие:

1. Оценка эффективности различных методов решения конкретно-научных задач нефтегазопромысловой геологии; анализ возможности и целесообразности применения новых методов и подходов, например таких, как системно-структурный подход; анализ их связи с традиционными представлениями нефтегазопромысловой геологии.

2. Анализ содержания, сущности исследований промысловой геологии: выяснение, как и с какими науками она связана, как можно использовать опыт других наук. Анализ таких функциональных связей позволяет выявить участие нефтегазопромысловой геологии в процессах дифференциации и интеграции научного знания, ее вклад в общественную практику.

3. Анализ сущности взаимодействия геологии, техники и экономики; определение роли, значимости каждой из этих компонент прикладного научного знания в решении конкретно-научных, методических и социальных вопросов при проведении промыслово-геологических исследований.

В последнее время активизирующая роль методологических исследований в общем прогрессе науки стала особенно очевидной, в связи с чем им стали уделять значительное внимание.

§ 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОМЫСЛОВОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Источниками первичной информации в нефтегазопромысловой геологии служат исследования разными методами, объединенные общей решаемой задачей.

Изучение керна, шлама, проб нефти, газа и воды в лабораториях с помощью специальных приборов — основной источник прямой информации о геолого-физических свойствах пород и физико-химических свойствах УВ и пластовой воды. Получение этой информации затруднено тем, что пластовые условия (давление, температура и др.) отличаются от лабораторных и поэтому свойства образцов пород и флюидов, определенные в лабораторных условиях, существенно отличаются от тех же свойств в пластовых условиях. Отбор проб с сохранением пластовых условий весьма затруднителен. В настоящее время существуют герметичные пробоотборники только для пластовых нефтей и вод. Пересчет результатов лабораторного определения на пластовые условия может производиться с помощью графиков, построенных на основе данных специальных исследований.

Исследование скважин геофизическими методами (ГИС) осуществляется в целях изучения геологических разрезов 24 скважин, исследования технического состояния скважин, контроля за изменением нефтегазонасыщенности пластов в процессе разработки.

Для изучения геологических разрезов скважин используются электрические, магнитные, радиоактивные, термические, акустические, механические, геохимические и другие методы, основанные на изучении физических естественных и искусственных полей различной природы. Результаты исследования скважин фиксируются в виде диаграмм либо точечной характеристики геофизических параметров: кажущегося электрического сопротивления, потенциалов собственной и вызванной поляризации пород, интенсивности гамма-излучения, плотности тепловых и надтепловых нейтронов, температуры и др. Теория геофизических методов и выявленные петрофизические зависимости позволяют проводить интерпретацию результатов исследований. В итоге решаются следующие задачи: определения литолого-петрографической характеристики пород; расчленения разреза и выявления геофизических реперов; выделения коллекторов и установления условий их залегания, толщины и коллекторских свойств; определения характера насыщения пород — нефтью, газом, водой; количественной оценки нефтегазонасыщения и др.

Для изучения технического состояния скважин применяются: инклинометрия — определение углов и азимутов искривления скважин; кавернометрия — установление изменений диаметра скважин; цементометрия — определение по данным термического, радиоактивного и акустического методов высоты подъема, характера распределения цемента в за-трубном пространстве и степени его сцепления с горными породами; выявление мест притоков и затрубной циркуляции вод в скважинах электрическим, термическим и радиоактивным методами.

Контроль за изменением характера насыщения пород в результате эксплуатации залежи по данным промысловой геофизики осуществляется на основе исследований различными методами радиоактивного каротажа в обсаженных скважинах и электрического — в необсаженных.

В последние годы получают все большее развитие детальные сейсмические исследования, приносящие важную информацию о строении залежей.

Гидродинамические методы исследования скважин применяются для определения физических свойств и продуктивности пластов-коллекторов на основе выявления характера связи дебитов скважин с давлением в пластах. Эти связи описываются математическими уравнениями, в которые входят физические параметры пласта и некоторые характеристики скважин. Установив на основе гидродинамических исследований фактическую зависимость дебитов от перепадов давлений в скважинах, можно решить эти уравнения относительно искомых параметров пласта и скважин. Кроме того, эта группа методов позволяет выявлять в пластах гидродинамические (литологические) экраны, устанавливать степень связи залежи нефти и газа с законтурной областью и с учетом этого определять природный режим залежи.

Применяют три основных метода гидродинамических исследований скважин и пластов: изучение восстановления пластового давления, метод установившихся отборов жидкости из скважин, определение взаимодействия скважин.

Наблюдения за работой добывающих и нагнетательных скважин. В процессе разработки залежи получают данные об изменении дебитов и приемственности скважин и пластов, обводненности добывающих скважин, химического состава добываемых вод, пластового давления, состояния фонда скважин и другие, на основании которых осуществляются контроль и регулирование разработки.

Важно подчеркнуть, что для изучения каждого из свойств залежи можно применить несколько методов получения информации. Например, коллекторские свойства пласта в районе расположения скважины определяют по изучению керна, по данным геофизических методов и по данным гидродинамических исследований. При этом достигается разная масштабность определений этими методами — соответственно по образцу породы, по интервалам толщины пласта, по пласту в целом. Значение свойства, охарактеризованного несколькими методами, определяют, используя методику увязки разнородных данных.

Для контроля за свойствами залежи, изменяющимися в процессе ее эксплуатации, необходимые исследования должны проводиться периодически.

По каждой залежи, в зависимости от ее особенностей, должен обосновываться свой комплекс методов получения информации, в котором могут преобладать те или иные методы.

Надежность получаемой информации зависит от количества точек исследования. Представления о свойствах залежи, полученные по небольшому числу разведочных скважин и по большому числу эксплуатационных, обычно существенно различны. Очевидно, что более надежна информация по большому количеству точек.

§ 3. СРЕДСТВА ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

В эмпирические средства нефтегазопромысловой геологии входят в первую очередь скважины, а затем различные инструменты, приборы и лабораторные установки. Среди этих средств следует назвать колонковые долота для отбора керна, боковые сверлящие и стреляющие грунтоносы, пластовые пробоотборники и опробователи пластов, различные геофизические зонды, инклинометры, глубинные манометры, дебитометры и расходомеры, лабораторные установки для определения геолого-геофизических свойств пород и физико-химических свойств флюидов.

Наблюдения, проводимые по скважинам в процессе эксплуатации залежей, являются важным и обильным источником информации о структуре залежи, эффективности системы разработки, позволяющим обосновывать мероприятия по ее совершенствованию.

Материальное моделирование. Средства для получения косвенной информации — специально создаваемые в лабораторных условиях искусственные модели пластов и протекающих в них процессов. Например, модель пласта в виде металлической трубы, заполненной песком, насыщенным нефтью, широко применяется для изучения процессов сжигания нефти методом создания внутрипластового очага горения. Она позволяет измерять и регулировать параметры процесса, изучать условия его устойчивости, устанавливать конечные результаты, которые затем с соблюдением требований теории подобия могут быть перенесены на реальные пласты.

Другой вид моделей — натуральная модель в виде хорошо изученной залежи или ее участка с протекающими в ней процессами или явлениями.

Метод натурального моделирования широко применяется, например при внедрении новых методов повышения нефтеотдачи пластов. Прежде чем внедрить тот или иной метод в промышленных масштабах, его применяют на небольшом опытном участке залежи, где проверяется эффективность метода и отрабатывается технология. Опытный участок выбирается таким образом, чтобы промыслово-геологическая характеристика пласта в пределах участка была типичной в целом для залежи. В этом случае часть нефтегазоносного пласта в пределах участка выступает как натурная модель, являясь природным аналогом объектов, на которых предполагается применение испытываемого метода.

Проведение производственного эксперимента в процессе разработки залежи. При этом источником необходимой информации служит сам эксплуатируемый объект. Так, на Ро-машкинском месторождении проводились промысловые эксперименты по ускорению создания сплошного фронта заводнения на линии нагнетания воды; на Бавлинском месторождении осуществлен эксперимент по разрежению сетки добывающих скважин в 2 раза по сравнению с запроектированной плотностью с целью изучения влияния плотности сетки на величины текущих отборов и конечной нефтеотдачи.

§ 4. МЕТОДЫ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА И ОБОБЩЕНИЯ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Обобщение информации может происходить как на эмпирическом, так и на теоретическом уровне. Как уже отмечалось, теоретические методы нефтегазопромысловой геологии в значительной мере используют теоретические положения смежных геологических и технических наук, таких как тектоника, стратиграфия, петрография, геохимия, подземная гидромеханика, физика пласта и другие, а также экономика. Вместе с тем недостаточное развитие теоретических методов вызывает широкое использование эмпирических зависимостей. Основным методом обобщения эмпирического материала в нефтегазопромысловой геологии служит метод моделирования.

Реальное геологическое пространство, содержащее бесконечное множество точек, является непрерывным. На практике же геологическое пространство представляется конечным множеством точек, т.е. является дискретным, неполноопределенным.

Неполноопределенное дискретное пространство используется для построения непрерывного геологического пространства, в котором значения представляющих интерес признаков каким-либо способом (путем интерполяции, экстраполяции, корреляции и т.п.) определены для каждой точки. Такое пространство будет полноопределенным. Переход от неполноопределенного пространства к полноопределенному есть процедура моделирования реального геологического пространства.

Следовательно, полученная модель является всего лишь представлением исследователя о реальном геологическом про-28 странстве, составленным по ограниченному числу точек наблюдения.

Процедура моделирования реального геологического пространства является основной частью промыслово-геологического моделирования залежей, отражающего все их особенности, влияющие на разработку.

Различают два вида промыслово-геологических моделей залежей. Это статические и динамические модели.

Статическая    модель    отражает    все    промыслово

геологические свойства залежи в ее природном виде, не затронутом процессом разработки:

геометрию начальных внешних границ залежи; условия залегания пород коллекторов в пределах залежи; границы залежи с разным характером нефтегазоводона-сыщенности коллекторов;

границы частей залежи с разными емкостно-фильтрационными параметрами пород-коллекторов в пластовых условиях.

Эти направления моделирования, составляющие геометризацию залежей, дополняются данными о свойствах в пластовых условиях нефти, газа, воды, о термобарических условиях залежи, о природном режиме и его потенциальной эффективности при разработке (энергетическая характеристика залежи) и др.

Статическая модель постепенно уточняется и детализируется на базе дополнительных данных, получаемых при разведке и разработке залежи.

Динамическая модель характеризует промыслово-геологические особенности залежи в процессе ее разработки. Она составляется на базе статической модели, но отражает изменения, произошедшие в результате отбора определенной части запасов углеводородов, при этом фиксируются: текущие внешние границы залежи;

соответственно границы "промытого" водой или другими агентами объема залежи (при системах разработки с искусственным воздействием на пласты);

границы участков залежи, не включенных в процесс дренирования;

фактическая динамика годовых показателей разработки за истекший период;

состояние фонда скважин;

текущие термобарические условия во всех частях залежи; изменения коллекторских свойств пород.

При статическом моделировании залежей в промысловой

геологии большое место занимает графическое (образнознаковое) моделирование, называемое геометризацией залежи. В область графического моделирования входит моделирование формы и внутреннего строения залежи. Форма залежи наиболее полно отображается на картах в изогипсах, получивших название структурных, на которых находят положение внешнего и внутреннего контура нефтеносности, а также при их наличии — положение литологических и дизъюнктивных границ залежи.

Внутреннее строение залежи отражают путем составления детальных корреляционных схем, детальных геологических разрезов (профилей) различных карт в изолиниях или условных обозначениях.

При динамическом моделировании также широко используют графическое моделирование — построение карт поверхностей нефти и внедрившейся в залежь воды, графиков и карт разработки, карт изобар и др.

При статическом и динамическом моделировании широко применяют математические методы — используют линейную интерполяцию, математические функции различной сложности — полиномы различных степеней, случайные функции, сплайн-функции и др. Применяют методы теории вероятностей и математической статистики — теории распределений, корреляционно-регрессионного анализа и др.

Методика составления названных выше и других графических документов описана далее. Вопросы математического моделирования залежей нефти и газа с применением ЭВМ рассмотрены в специальном учебном пособии.

Системный подход к изучению залежей углеводородов  »

Библиотека »