Властивостей низькопористих колекторів

Для вимірювання пористості, проникності, залишкового водонасичення та інших фізичних параметрів низькопористих порід застосовують ті самі методи, що і для традиційних колекторів.

Проте дослідженнями фільтрації через низькопористі (низькопроникні) породи зафіксовано відхилення від закону Дарсі у діапазоні малих швидкостей потоку флюїдів. До чинників впливу на процес фільтрації відносять: прояв капілярних та поверхневих сил, що викликають гістерезис кута змочування і сорбцію молекул газу, набухання глинистої складової порід тощо. У зв’язку з цим до характеристики процесу фільтрації ввели поняття перепаду тиску прориву р _пр і початкового градієнта фільтрації, фізичний зміст якого трактується неоднозначно і нерідко ототожнюється з р _пр.

Фільтраційні ефекти у низькопористих колекторах. У низькопористих колекторах домінують порові канали діаметром менше 1·10^-6 м, що зумовлює зростання питомої поверхні пор і підсилює її активність під час взаємодії з технологічними рідинами на різних етапах будівництва свердловин. Їх поровий простір істотно (> 30 %) заповнений зв’язаною залишковою водою, а в газонасиченій

частині після розкриття пластів можуть проявляися специфічні ефекти, спричинені дією капілярних сил.

Уперше такі висновки зроблені М. Маскетом (1949), а далі цю тезу постулювало багато авторів, однак переважно апріорно, без належного експериментального обґрунтування. Зацікавленість у вивченні фільтраційних ефектів у низькопроникних породах зростає з освоєнням покладів нафти та газу на великих глибинах, де збільшується частка саме таких порід.

Систематичні експериментальні роботи з визначення перепаду тиску прориву газу р _пр через водонасичені породи почали виконуватися з 60-х років минулого століття багатьма дослідниками в основному для вивчення екрануючих властивостей порід-покришок. Щодо порід-колекторів цієї проблеми переважно не порушували.

Виявлення особливостей фільтрації проведено шляхом лабораторного вивчення умов прориву газу через зразки водонасичених порід низької газопроникності (від 10·10^-15 до 0,01·10^-15 м²) Руденківського, Рудівського, Свиридівського, Червонозаводського і Вишнянського родовищ.

Встановлено, що відновлення фільтрації газу через водонасичені низькопористі (К _п=2,6–10 %) породи-колектори відбувається за перепаду тиску, який витрачається на подолання енергетичного взаємозв’язку, зумовленого властивостями пластових флюїдів і поверхневою активністю порової системи. Його значення контролюється проникністю породи і змінюється від сотих до десятих часток мегапаскаля, що відповідає градієнту перепаду тиску від 1 до 12 МПа/м. Під час випробування об’єктів на приплив газу у присвердловинній зоні створюються градієнти тиску, порівнянні з наведеними показниками.

Дослідження прориву газу через водонасичені породи показало, що не існує реальної фізичної межі між колектором і неколектором (покришкою), тим більше між високо- і низькопористими колекторами. За певних умов проникні для флюїдів навіть глинисті породи, а відмінність полягає лише в істотній різниці абсолютних значень цього параметра. Отже, поділ колекторів на кондиційні і некондиційні умовний і для кожного покладу вуглеводнів повинен розглядатися окремо.

Дослідження водопроникності низькопористих порід. У нафтогазопромисловій геології для оцінки і зіставлення порід-колекторів за фільтраційними властивостями переважно використовується їх проникність. Цей параметр найбільш доступний

для лабораторного вивчення і поряд з іншими ознаками колекторів достатньо об’єктивно характеризує промисловий потенціал продуктивних пластів.

Експериментальне вивчення проникності з використанням дистильованої води проведено на серії низькопористих піщано-алевролітових порід з турнейських відкладів Руденківського і Свиридівського родовищ Дніпровсько-Донецької западини. Відкрита пористість зразків становила від 1,08 до 8,32 %, а абсолютна газопроникність змінювалася у діапазоні (0,004–1,5)⋅Ч10^-15 м².

Всупереч усталеним уявленням, водопроникність зразків не була постійною, а поступово підвищувалася зі зростанням перепадів тисків, тобто витрата рідини в процесі нарощування перепадів тисків збільшувалась інтенсивніше, ніж це витікає з лінійного закону Дарсі. Такі нестандартні результати з лабораторної практики зрідка згадуються в літературних джерелах, але не мають донині однозначного трактування. Переважно в роботах крім лінійної розглядається лише фільтрація з інерційними опорами.

В.І. Дворяшин (1938) причини цього вбачає у можливому розширенні пор під впливом зростання внутрішньопорового тиску і в стисненні повітря, що залишається в дрібних заглибинах каналів фільтрації, за рахунок чого збільшується їх поперечний переріз.

А.Е. Шейдеггер (1960) нетипові відхилення параметрів фільтрації пояснює можливою адсорбцією і молекулярною дифузією, що здатні змінювати граничні умови біля стінок і в центрі порових каналів. Дж. Соні (1978) трактує такі ефекти як особливий “долінійний режим” фільтрації на молекулярному рівні, не розглядаючи механізму даного явища. Цей режим передує умовам течії за законом Дарсі, може проявлятися на малих лінійних швидкостях потоку, і для високопроникних порід його прояви непомітні. Із збільшенням градієнтів тиску настає лінійна течія, що надалі змінюється фільтрацією з наростанням інерційних опорів.

Згідно з нашими експериментальними даними “долінійний режим” трактується як поступове залучення до фільтрації порових каналів різних розмірів, яким притаманні відповідно різні початкові градієнти тиску фільтрації. У дослідах із застосуванням протитисків не виявлено впливу внутрішньопорового тиску у зразку породи на фільтрацію: витрати води залежали винятково від перепадів тиску. Результати дослідів також важко мотивувати адсорбційно-молекулярними ефектами, розширенням порових каналів та іншими

процесами, які повинні бути тісно пов’язані з тиском у зразку. Отже, для пояснення долінійного режиму фільтрації як специфічного явища гідродинаміки непотрібно залучати фактори негідродинамічного рівня, наприклад дифузно-молекулярного.

Значення водопроникності із збільшенням перепадів тиску зростає, асимптотично наближаючись до свого максимуму, який слід вважати граничною фільтраційною спроможністю породи для даної рідини, або абсолютною рідинопроникністю.

Вона визначається з графіка у координатах: проникність – обернена величина перепадів тиску К ^в_пр=ƒ ¦ (). Чим більше порода гетеропориста і чим більше в ній порових каналів мінімальних розмірів, тим чіткіше проявляється залежність зміни проникності від перепаду тиску, і навпаки.

Встановлена таким чином водопроникність порівнянна з газопроникністю за залишкової водонасиченості породи і може використовуватися для фільтраційної характеристики колекторів, побудови взаємозв’язків між їх параметрами.

Моделювання залишкового водонасичення порід-колекторів. Визначення природного водонасичення порід-колекторів є важливою передумовою достовірної оцінки інших фізичних параметрів, зокрема ефективної пористості.

На серії зразків теригенних колекторів з низькою пористістю (2,4–8,3 %) із продуктивних відкладів візейського і турнейського ярусів Глинсько-Солохівського нафтогазоносного району Дніпровсько-Донецької западини виконані порівняльні досліди з витісненням води за допомогою центрифуги і фільтрацією газу (азоту) та гасу.

Фільтраційне витіснення води газом починається лише після досягнення тиску прориву газу через пори максимальних розмірів, і далі зі збільшенням перепаду тиску процес інтенсифікується внаслідок під’єднання до фільтрації нових порових каналів породи. Рівновелике з отриманим центрифугуванням водонасичення настає у разі перепаду тиску в 2–5,5 разу вищого від створеного дією відцентрових сил і розрахованого за рівнянням Б.І. Тульбовича (1979). У розглянутих дослідах витісняючим агентом були практично однакові за властивостями гази (повітря і азот), тому очевидно, що перепади тиску центрифугування занижені.

Криві залежності зміни водонасичення від перепаду тиску, побудовані за рівнянням Р. Слободи (1951), синхронізуються з

отриманими фільтраційним шляхом. Витіснення води гасом іде менш інтенсивно, і навіть за значного перепаду тиску кінцеве водонасичення в 1,1–1,6 разу перевищує залишкове за результатами центрифугування, що зумовлено особливостями структури порового простору досліджуваних зразків та впливом поверхневих сил на процес витіснення.

Отже, порівняння значень залишкового водонасичення, одержаних на зразках керна фільтраційним шляхом і центрифугуванням, дало змогу встановити, що достовірнішою в розрахунках тиску витіснення методом центрифугування є формула Р. Слободи. Під час визначення залишкового водонасичення цим найбільш поширеним методом необхідно створювати такі градієнти перепаду тиску витіснення, які мають місце в природних умовах залягання покладів, але максимальний тиск витіснення не повинен перевищувати 0,3 МПа.

Вплив зв’язаної води на ємнісні параметри порід-колекторів. Традиційні способи розрахунку ємнісних параметрів порід на зразках керна базуються на визначенні об’ємів порового простору і вологи в ньому. При цьому пластова вода або її модель у порах породи приймається однорідною за густиною.

Проте вода в порах породи підпорядковується молекулярним, менісковим (капілярним) та осмотичним силам. Під їх дією вона адсорбується поверхнею мінеральної складової породи, змінюючи свої властивості: густину, в’язкість, розчинну здатність, електропровідність, діелектричну сталу тощо.

Для встановлення особливостей насичення піщано-глинистих порід переважно послуговуються електропровідністю води. Питання про електропровідність зв’язаної води найповніше розглянуте Б. Л. Александровим (1987). Ним, як і іншими дослідниками, допускається наявність на контакті з породою трьох типів води: гігроскопічної, плівкової і вільної. Вміст першої залежить від питомої поверхні і мінералогічного складу породи. Багато дослідників плівкову воду, яка адсорбується поверхнею за рахунок ван-дер-ваальсових сил, за ступенем рухомості в породі прирівнюють до вільної.

Виконані експериментальні дослідження показали, що оцінити вміст плівкової води у поровому просторі породи практично неможливо. При витісненні з породи вона позбувається структурованості від дії електростатичних сил і набуває ознак вільної, тобто води насичення. Отже, зміну властивостей води у порах породи можна фіксувати лише за сумарною ознакою: густини,

електропровідності тощо. На цій основі розроблено спосіб визначення пористості породи шляхом насичення мінералізованою водою.

Об’єм відкритих пор, коефіцієнти відкритої пористості і водонасиченості розраховуються через масу порової води (разом зв’язаної і вільної) та її середньозважену густину, оцінену за мінералізацією, встановленою електрометричним способом за сумарним питомим електричним опором порових каналів водонасиченої породи за такою схемою. Зразки породи насичують водою різної мінералізації, починаючи від найвищої. Під час кожного насичення вимірюються маса сухого і повністю водонасиченого зразка, густина і питомий електричний опір води та насиченої породи, а також абсолютна газопроникність і водопроникність рідиною насичення.

За питомими електричними опорами насиченої породи і води будують залежність 1/ _вп= f (1/ _в) і за кутом нахилу прямих розраховують граничний параметр пористості р .

Із співвідношення _вп / р знаходиться питомий електричний опір порових каналів _кан, за яким визначаються середня мінералізація і густина порової води _кан. Взаємозв’язки між цими параметрами легко встановлюються під час підготовки робочих рідин.

Об’єм відкритих пор зразка породи розраховується із співвідношення маси води у насиченому зразку m та її густини у поровому просторі _кан, а відношення V _пор до об’єму зразка породи V _п дає значення відкритої пористості з урахуванням зміни густини води внаслідок дії адсорбційних сил. Для встановлення відкритої пористості необхідно використовувати значення V _пор, одержане при мінералізації води, близькій до пластової.

За співвідношенням абсолютних водо- і газопроникностей = (1– )³ знаходять частку зв’язаної (залишкової) води в об’ємі пор і за залежністю К _п.еф= К _пв (1– ) – коефіцієнт ефективної пористості.

Визначення відкритої пористості методом І.А. Преображенського (1954), тобто без урахування зміни густини насичуючої рідини у поровому просторі породи, зумовлює її завищення на 6–8 відносних відсотків, в абсолютних – середньо 1 %.

Запропонована методика дає змогу оцінювати відкриту й ефективну пористість в умовах, наближених до пластових, враховує фізичні властивості рідини в породах, і саме отримані за нею значення параметрів слід використовувати для створення петрофізичних моделей порід-колекторів, підрахунку запасів вуглеводнів тощо.

Дата добавления: 2015-10-13