Методы изучения пласта

Предмет, задачи и специфика дисциплины

Физика нефтяного и газового пласта – это прикладная наука, которая изучает физические свойства нефтегазовых пластов, их изменение под воздействием природных и технологических фактов, а также физические процессы, протекающие в нефтегазовых пластах для изыскания и обоснования эффективных технологий добычи углеводородного сырья.

На современном этапе можно видеть, что залежи нефти и газа – это всё более и более трудные объекты для извлечения. Они расположены на большой глубине, в пластах с трудной нефтеотдачей.

Нефтегазовый пласт – эксплуатационный объект, состоящий из коллектора и покрышки, экранирующей коллектор, характеризуемый высокой степенью неоднородности, сформированной в природных условиях.

Различают слоистую (тонкая, мелкая, крупная и т.д.) и литологическую неоднородность.

Процессы теплопереноса в одном слое могут оказывать существенное влияние на процессы вытеснении нефти в других проницаемых слоях и, в конечном счёте, даже на эффективность теплового воздействия в целом.

Например, для рациональной разработки нефтяной залежи необходимо иметь представление о содержащихся в ней абсолютных и промышленных запасах нефти и газа, выбрать систему разработки и установить темп извлечения их. Для этого, в свою очередь, требуется знать гидрогеологические и физико-химические свойства нефти, газа и вмещающих их пород. В частности, чтобы определить абсолютные запасы нефти или газа в коллекторе, необходимо знать размеры залежи, пористость и водонасыщенность коллектора, объемные коэффициенты нефти и газа в пластовых условиях. Для определения промышленных запасов, кроме того, должны быть известны максимальные коэффициенты нефтеотдачи и газоотдачи коллектора.

Нефть и газ из залежи могут отбираться с различной интенсив-ностью. Не всякий темп отбора их может быть признан эффективным в отношении затраты времени и особенно нефте- и газоотдачи пласта.

1.1. Методы исследования характеристик пласта.

- сейсморазведка (производится с поверхности с помощь» геофизических данных, полученных при изучении особенностей прохождения волн; т.н. 3D моделирование);

- геофизика (изучается керн; производится каротаж);

- гидродинамические исследования;

- литофациальный анализ (производится по истории накопления осадков)

Методы изучения пласта

1. Экспериментальный:

а) прямой (анализ керна);

б) косвенный (например, геофизические исследования – с помощью определения удельного электрического сопротивления.

2. Моделирование пласта (на микро и макро уровнях).

Физическое свойство — способность взаимодействовать с искусственными и природными физическими полями.

Конкретной числовой характеристикой является мера взаимодействия пласта с полями.

Действующими полями являются: гравитационное, барическое, электромагнитное, радиационное и др.

Под действием полей пласт приобретает свойство саморегуляции.

Технологическое свойство пласта — его реакция на технологическое воздействие. К таким свойствам относятся: буримость (скорость разбуривання), проницаемость и проч.

нефтеотдача связана с весьма сложным комплексом

физических и физико-химических явлений, которыми сопровождается вытеснение нефти из отдельных пор коллектора. Современные исследования показывают, что изучения одного лишь макродвижения жидкостей и газов в пористой среде без учета микропроцессов недостаточно для того, чтобы правильно представить все явления, связанные с движением жидкостей и газов в горных породах.

1.2. Пласт как многофазная, многокомпонентная система

Нефтегазовым пласт — это сложная многопараметрнческая система, насыщенная различными фазами и имеющая свойства, способные изменяться во времени.

Самая главная задача разработки - физическое обоснование управления процессами, протекающими в пласте. (Управление процессом разрушения природной системы).

Для рациональной разработки нефтяных залежей большое зна-

чение имеет состояние жидкостей н газов в природных условиях.

Как известно, непременными спутниками нефти в большинстве нефтяных залежей являются вода и газ. В зависимости от количества нефти и газа, а также от давления и температуры в коллекторе нефтяной газ может быть растворен в нефти или находиться в пласте в свободном состоянии. При понижении давления в залежи ниже давления насыщения часть газа из нефти переходит в свободное состояние. В этом случае приток жидкости к скважине из коллектора уменьшается, так как для газированной нефти относительная проницаемость коллектора снижается. Вместе с тем ухудшается и его нефтеотдача в результате частичной закупорки пор коллектора пузырьками газа и капельками нефти. Таким образом, для проектирования и осуществления рациональной разработки нефтяных залежей необходимо знать давление, температуру и давление насыщения нефти газом в залежи.

При отборе нефти из залежи весьма существенное значение

имеет состояние призабойной зоны коллектора. При разработке

нефтяных месторождений бывают случаи, когда ввод скважин в эк-

сплуатацию после окончания бурения задерживается ввиду отсут-

ствия притока нефти из-за отрицательного влияния воды, проника-

ющей в коллектор из глинистого раствора в процессе бурения. Вода

вместе с нефтью при известных условиях образует смесь, которая

частично закупоривает норовые каналы, снижая проницаемость

коллектора. Та часть проникшей в породу воды, которая способна

перемещаться по норовым каналам, движется с очень малой ско-

ростью вследствие особого характера движения смеси в капиллярах.

Решающее значение в этом случае имеют размер поровых каналов,

толщина пограничных слоев и величина поверхностного натяжения

на границе раздела вода — нефть. Эти же факторы определяют

эффективнвсть при кислотной обработке забоя скважин, проводимой с целью восстановления проницаемости призабойной зоны коллектора.

Следовательно, какой бы вопрос, относящийся к отбору жид-

кости и газа горных пород, не рассматривался, всюду приходится

иметь дело с явлениями, происходящими в отдельных капиллярных

каналах.__

1.3. Основные задачи физики пласта:

· разработка и создание принципиально новых технологий воздействия на пласт, с целью получения максимального извлечения углеводородов;

· разработка новых и усовершенствование технологий, сооружение

горных выработок;

· изыскание методов и путей создания систем контроля за состоянием,

динамикой и реализацией технологий извлечения нефти и газа из

пласта.

Физика пласта подразумевает два аспекта:

1. фундаментальный

2. прикладной.

Можно выделить следующие разделы:

- механика нефтегазового пласта;

- акустика нефтегазового пласта;

- электродинамика нефтегазового пласта;

- физика трещиноватых и трещинно-пористых сред;

- физика околоскважинных зон.

Горная порода — природный агрегат минералов неоднородного состава.

При описании нефтяного и газового пласта такого объяснения недостаточно.

Нефтяном пласт — гетерогенная, многокомпонентная, многофазная термодинамическая система.

Термодинамическая система – совокупность макроскопических материальных тел и полей, способных взаимодействовать между собой.

Благодаря термодинамическому подходу сформировалась синергетика.

Синергетика — физика процессов самоорганизации систем.

Всякое термодинамическое тело состоит из огромного числа частиц. Полная энергия равна сумме внутренней и внешней энергий.

Внешняя энергия - это, например, потенциальная, а внутренняя - реакция на расширение газа или реакция на снижение пластового давления.

2. Типы взаимодействия пластов

1. механическое взаимодействие (например, снижение давления)

2. тепловое взаимодействие (например, нагнетание пара)

3. массообмен (например, закачка иной массы)

3. Пласт, как термодинамическая система

Термодинамическая сист Типы термодинамической системы:

- Открытая – может обмениваться энергией и массой с другими системами

- Закрытая (замкнутая) – масса постоянна

Пробурив скважины, мы можем изменить состояние системы.

Гетерогенная система — система, состоящая из отдельных систем, разграниченных поверхностями раздела, причём при переходе через эти поверхности хотя бы одно из свойств изменяется скачкообразно.

Гетерогенность системы зависит от:

1. Строения пласта (состоит из разных минералов).

2. Находящихся внутри нефти и газа — т.н. фазы.

Фаза — гомогенная система.

Гомогенная система — однородная система, в которой свойства меняются плавно или совсем не изменяются.

Фазой называется гомогенная часть гетерогенной системы, которая ограничена поверхностью раздела.

Т.о. неоднородность имеет ещё и фазовый характер. Т.е. пласт — фазово-неоднородная система.

Внутри каждой фазы можно выделить компоненты.

Компоненты — индивидуальные вещества, состоящие из одинаковых молекул и наименьшее число этих молекул необходимо и достаточно для образования всех фаз этой системы.

Многокомпонентная система состоит из одного н более индивидуальных веществ.

4. Особенности твердой фазы

1. минералогический состав твёрдой фазы

(например, наличие обломков (доломиты, кварц, и т.д.); органической части (оолиты, мшанки, серпулы); хемогенной части (гипсы, ангидриды));

2. размер гранул (гранулометрический состав);

3. наличие пустот между гранулами (пористость) Пористость — дефекты сплошности.

4. структура перового пространства определяет возможность движения
флюидов в пласте и характеризуется проницаемостью;

5. поры обладают большой площадью, а, значит, удельной поверхностью. Удельная поверхность - площадь контактов между скелетом и внутрнпоровым пространством;

6. механические свойства (например, нагрузка);

7. степень насыщенности пор.

Т.о. неоднородность скелета породы характеризуется структурно-текстурной неоднородностью пласта.

Примером является наличие глинистой компоненты.

Цемент может быть карбонатный, состоящий из соли и др. минералов.

Масштабность зависит от природы компонентов фазы.

Как известно, большинство горных пород не однородно по про-

ницаемости, пористости, гранулометрическому составу и т. д. Ско-

рость движения жидкостей и газов в порах разного размера различна. Следовательно, и продвижение контуров нефтеносности и газоносности в коллекторах происходит неодинаково. Особенно это заметно в нефтяных залежах. Вследствие неравномерности продвижения контура нефтеносности в нефтесодержащей породе образуются микроцелики нефти — небольшие скопления ее в одном или нескольких поровых каналах, окруженных водой. Если разность давлений по обе стороны микроцеликов не превышает капиллярного давления, то значительное количество нефти остается неизвлеченным из породы и тем больше, чем больше ее неоднородность и поверхностное натяжение на границе раздела вода — нефть.

Текстура указывает на слоистость, характер размещения и расположены пород, взаиморасположение и количественное соотношение цемента.

Выделяются разные уровни неоднородности:

1. Уровни атомов и ионов

2. Уровень молекул

3. Моно- и полимолекулярные слои

4. Поры, заполненные жидкостью или газом

5. Зёрна скелета

6. Полости выщелачивания/каверны

7. Прослои, линзы, включения

Различают три основных вида пород, которые могут быть коллекторами, т.е. проводящими и флюидосодержащими, и неколлекторами:

# терригенные породы — это осадочные образования, сложенные терригенными минералами или обломками материнских пород (обломки + глины);

# пирокластические — осадочные, обломочные породы, на 50 и более % состоящие из продуктов вулканического извержения. Могут быть коллекторами.

# непроницаемые породы — тонкие слои, имеющие подчинённое значение.

Пласты делятся на микропористые и макропористые. Пласты-неколлекторы содержат субкапилляры и микропоры.

Дата добавления: 2015-08-13