Файл: Геофизический и гидродинамический контроль эксплуатации неоднородных коллекторов на основе инвариантных параметров в скважинах с высокотехнологичным заканчиванием.pdf

На правах рукописи
Гришина Екатерина Игоревна
ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ НА ОСНОВЕ
ИНВАРИАНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ В СКВАЖИНАХ С
ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫМ ЗАКАНЧИВАНИЕМ
Специальность 1.6.9 – Геофизика
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискания степени кандидата технических наук
Москва – 2022

2
Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М.
Губкина» на кафедре геофизических информационных систем
Научный руководитель:
Кременецкий Михаил Израилевич, доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Рамазанов Айрат Шайхуллинович,
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры геофизики ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет»
Афанаскин Иван Владимирович,
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Федерального государственного учреждения "Федеральный научный центр
Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук" ФГУ
ФНЦ НИИСИ РАН
Ведущая организация:
ООО «Газпром недра»
Защита состоится «30» марта 2022 года в 15 час. 00 мин. в аудитории 405 на заседании диссертационного совета 24.2.369.02 при РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 65, корп.1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте РГУ нефти и газа (НИУ) имени Губкина.
Автореферат разослан «_____» _________________ 2022 года.
Ученый секретарь диссертационного совета 24.2.369.02 кандидат геолого-минералогических наук М. С. Хохлова

3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
В настоящее время тенденция к увеличению доли месторождений с трудноизвлекаемыми запасами (ТРИЗ) углеводородов пробуждает научный и практический интерес к их исследованию, который, главным образом, выражается в стремлении создать эффективные технологии разработки таких нетрадиционных объектов.
Одним из основных критериев для отнесения запасов к трудноизвлекаемым является низкая проницаемость коллекторов (от 0,01 до 0,1 мД и ниже), разработка которых напрямую связана с применением технологии горизонтального бурения скважин с последующим проведением многостадийного гидроразрыва пласта (ГС с МГРП).
В исследованиях последних лет показана значимость данной технологии, являющейся эффективным способом интенсификации притока и увеличения зоны дренирования коллекторов за счёт создания протяженных искусственных трещин и каналов фильтрации.
Однако из-за неоднородности пласта по фильтрационным свойствам (ФЕС) возрастают риски его неравномерной и неполной выработки. Основой длительной и продуктивной работы ГС с МГРП является минимизация данных рисков путем проведения обоснованных геолого-технологических мероприятий
(повторный гидроразрыв пласта, выравнивание профиля притока и прочее).
Основными источниками информации для принятия обоснованных решений как на этапе планирования, так и на этапе реализации подобных мероприятий являются промыслово-геофизические (ГИС, ПГИ) и гидродинамические исследования (ГДИС).
В то же время информативные возможности перечисленных групп методов при их обособленном применении к изучению пластов с зональной неоднородностью существенно ограничены. Риски, связанные с получением недостоверной информации о свойствах пласта, особенно велики в условиях, когда наличие протяженного горизонтального ствола скважины способствует

4 вскрытию отложений с контрастными фильтрационными свойствами по простиранию.
Учитывая тот факт, что методы исследований скважин (ГДИС, ГИС и ПГИ) различаются как разрешающей способностью и глубинностью, так и влиянием на выработку пласта, их вклад в оценку неоднородности пласта и его свойств также будет иметь отличия.
Таким образом, ГДИС ориентированы на определение интегральных характеристик системы «скважина-пласт», на основе которых можно судить о свойствах исследуемого пласта-коллектора и об особенностях удалённой зоны пласта, границы которой отслеживаются на расстояниях порядка десятков, а иногда и первых сотен метров от скважины.
В свою очередь, ПГИ позволяют детально изучать процессы, происходящие в стволе скважины и в околоскважинной зоне, а в случае вскрытия скважиной локальных макротрещин – диагностировать их местоположение и долю в притоке (закачке).
А методы ГИС отвечают за характеристику околоскважинной среды, то есть позволяют выполнять оценку изменчивости свойств горных пород по разрезу и определять тип и свойства насыщающих флюидов в непосредственной близости от стенки скважины.
Совместное использование этих методов даёт возможность получить более полную и представительную информацию о вскрываемой скважиной толще неоднородного пласта-коллектора. Несмотря на то, что принципы комплексирования промыслово-геофизических и гидродинамических исследований известны, на сегодняшний день они в основном ориентированы на традиционные условия вскрытия неоднородных многопластовых систем вертикальным стволом скважины.
Для того, чтобы раскрыть потенциал подобного подхода для условий вскрытия неоднородного пласта горизонтальной скважиной с многостадийным
ГРП, необходимо решить ряд актуальных прикладных теоретических и практических задач.

5
К числу приоритетных задач относится изучение влияния геологической неоднородности пласта и особенностей его вскрытия (геометрия ствола скважины, размеры и взаиморасположение трещин ГРП) на информативность промыслово-геофизических и гидродинамических исследований.
Далее необходимо, на основе данного анализа определить подход к совместной интерпретации результатов ПГИ, ГИС и ГДИС, который представляет собой (в зависимости от условий конкретной исследуемой скважины) алгоритм действий и совокупность сведений (априорная информация, перечень входных и выходных параметров), необходимых для достоверной интерпретации.
Вышеизложенный перечень проблем определил основную цель диссертационной работы и задачи исследования.
Цель работы
Целью работы является научное обоснование методики определения индивидуальных геометрических параметров трещин ГРП и фильтрационных свойств дренируемых ими зон пласта на основе данных промыслово- геофизического и гидродинамического контроля разработки пласта, характеризующегося низкой проницаемостью, зональной неоднородностью по фильтрационным свойствам и вскрытого горизонтальной скважиной с многостадийным ГРП.
Основные задачи исследований
1.
Анализ общих закономерностей поведения гидродинамических параметров
(давления и скоростей фильтрации) для сложных трещин, характеризующихся несколькими разноорентированными в пространстве поверхностями фильтрации, в пластах с низкой проницаемостью, а также обоснование инвариантных параметров, отражающих влияние на результаты гидродинамических исследований скважин системы сложных трещин.
2.
Теоретический и экспериментальный анализ информативности гидродинамических исследований в пластах низкой проницаемости, вскрытых горизонтальной скважиной с МГРП, с целью обоснования условий

6 диагностики режимов течения с радиальной и линейной симметрией линий тока, оптимальных для определения свойств неоднородного по фильтрационным свойствам пласта.
3.
Изучение особенностей динамики давления в процессе ГДИС в зависимости от особенностей геологического строения, контраста изменения фильтрационных свойств по простиранию пласта, числа, размеров, вскрывающих пласт искусственных трещин и расстояния между ними, на основе модели фильтрации неоднородного пласта горизонтальной скважиной с МГРП.
4.
Анализ информативности результатов интерпретации ГДИС при условии привлечения дополнительной информации по скважине (промыслово- геофизические исследования скважин и другие) с целью обоснования возможности оценки степени неоднородности пласта и геометрии трещин.
5.
Научное обоснование и разработка методики комплексной интерпретации данных промыслово-геофизических и гидродинамических исследований горизонтальных скважин с целью определения индивидуальных характеристик трещин и фильтрационных свойств дренируемых ими зон пласта. Апробация методики на примере одного из месторождений Западной
Сибири.
Методика проведения исследований
При решении задач, поставленных в диссертационной работе, использовались результаты обобщения и анализа отечественных и зарубежных публикаций, связанных с тематикой диссертационной работы; теоретическое изучение физических процессов, описывающих закономерности поведения поля давления и скоростей в пласте; математическое моделирование поведения поля давления и скоростей в зависимости от количества трещин и фильтрационных свойств локальных зон, которые дренируются трещинами; постановка, обобщение и анализ результатов геофизических и гидродинамических исследований скважин с использованием известных, усовершенствованных и разработанных автором методик и алгоритмов.

7
В ходе выполнения работы автором использовалось программное обеспечение отечественных и зарубежных компаний «Камертон-Контроль»
(НПП «ГЕТЭК»); «Saphir», «Topaze» (Kappa Engineering); «Geolog» (Paradigm),
«Eclipse300» (Schlumberger).
Достоверность научных выводов и результатов, полученных автором, подтверждена обобщением и анализом результатов отечественных и зарубежных исследований, оценкой информативности используемых методов исследований и достоверности выявленных закономерностей поведения изучаемых геофизических полей на базе математического моделирования и исследований на действующих месторождениях (Вынгапуровского, Царичанского, Приобского и
Новопортовского).
Научная новизна
1.
Предложена классификация трещин сложной геометрии на основе особенностей проявления и условий диагностики режимов фильтрации, отличающихся симметрией линий тока в коллекторе, обоснована зависимость продуктивности вскрываемого трещинами пласта от их геометрических параметров (общая площадь поверхности, средняя и максимальная длина).
2.
На базе моделирования полей скоростей и давлений в горизонтальной скважине с многостадийным ГРП, вскрывающей пласт с зональной неоднородностью, обоснованы условия диагностики ранних режимов течения с радиальной и линейной симметрией линий тока. Определены критерии выбора интервалов времени для диагностики вышеперечисленных режимов течения по данным ГДИС в зависимости от размеров трещин, расстояния между трещинами и проницаемости коллектора.
3.
Обоснованы новые комплексные инвариантные параметры, являющиеся комбинацией геометрических характеристик трещин и фильтрационных свойств коллектора и определяющие динамику изменения во времени давления в процессе ГДИС в периоды ранней радиальной и ранней линейной фильтрации в скважине с многостадийным ГРП, вскрывающей неоднородный пласт.

8 4.
Предложена методика совместной интерпретации результатов гидродинамических и промыслово-геофизических исследований горизонтальных скважин с многостадийным ГРП. Основой методики является количественное определение по ГДИС комплексных инвариантных параметров, отражающих интегральные фильтрационные свойства пласта и геометрические характеристики макротрещин, вскрывающих его, и оценка индивидуальных размеров трещин и фильтрационных свойств дренируемых ими локальных зон пласта с привлечением данных ГИС открытого ствола скважины (фильтрационных свойства коллектора) и данных ПГИ в действующей скважине (профиль притока/приёмистости).
Защищаемые положения
1.
Количественная интерпретация комплексных гидродинамических и геофизических исследований горизонтальных скважин с многостадийным гидроразрывом пласта, вскрывающих неоднородный коллектор, требует анализа ранних режимов течения в пласте с линейной и псевдорадиальной симметрией линий тока, для которых характерно отсутствие взаимовлияния полей давления каждой трещины друг на друга.
2.
Информативной основой интерпретации комплексных исследований горизонтальных скважин с многостадийным ГРП в неоднородном по фильтрационным свойствам пласте с низкой проницаемостью при оценке индивидуальных параметров трещин и фильтрационных свойств коллектора являются инвариантные соотношения, связывающие геофизические и гидродинамические параметры пласта, в интервалах времени, характерных для развития ранних режимов течений с линейной и радиальной симметрией линий тока. Каждая из подобных инвариант представляет собой комбинацию геометрических параметров трещин и фильтрационных свойств вскрываемых ими зон пласта.
3.
Оценка индивидуальных параметров трещин и фильтрационных свойств зон неоднородного пласта низкой проницаемости производится на основе определенных по результатам ГДИС значениям инвариантных параметров в

9 комплексе с информацией ГИС открытого ствола о распределении проницаемости по стволу скважины и ПГИ в действующей скважине о доле каждой трещины в притоке (закачке).
Основными защищаемыми результатами являются
1.
Обоснованные моделированием закономерности дренирования пласта низкой проницаемости горизонтальной скважиной с макротрещинами сложной конфигурации, которые отличаются приоритетным влиянием на динамику давления и расхода за счёт суммарной поверхности всех трещин.
2.
Обоснованные моделированием условия уверенной диагностики по результатам гидродинамических исследований (ГДИС) в неоднородном пласте с низкой проницаемостью, вскрытом горизонтальной скважиной с многостадийным ГРП, ранних режимов течения с линейной и радиальной симметрией линий тока, при которых отсутствует интерференция между полями давлений в окрестности каждой локальной трещины системы.
3.
Состав и структура инвариантных параметров, определяющих информативность ГДИС и характер фильтрации углеводородов в пласте и к стволу скважины, при ранних режимах течения с линейной и радиальной симметрией линий тока.
4.
Методика совместной интерпретации результатов гидродинамических
(ГДИС), и промыслово-геофизических исследований скважин на этапах бурения (ГИС) и эксплуатации (ПГИ) горизонтальных скважин с многостадийным ГРП в условиях формирования в пласте вокруг каждой трещины воронки депрессии (репрессии) с линейной симметрией (при приоритетном влиянии на результат интерпретации проницаемости пласта и площади поверхностей трещин).
5.
Методика совместной интерпретации ГДИС, ПГИ и ГИС горизонтальных скважин с многостадийным ГРП в условиях формирования в пласте вокруг каждой трещины воронки депрессии (репрессии) с псевдорадиальной симметрией (при приоритетном влиянии на результат интерпретации проницаемости пласта и количества дренируемых его трещин).

10
Практическая ценность и личный вклад
Разработанная автором методика комплексной интерпретации результатов
ГДИС, ПГИ и ГИС позволяет определять индивидуальные параметры трещин
(полудлины трещины) и фильтрационные свойства дренируемых ими зон пласта
(проницаемости). На основе этих данных обоснована целесообразность геолого- технологических мероприятий (ГТМ) по повышению эффективности разработки пластов с зональной неоднородностью: повторные ГРП, выравнивание профиля притока/приемистости.
Личный вклад автора состоит в обосновании и создании численной модели для описания поведения полей давления в горизонтальных скважинах с МГРП, существенное влияние на которое оказывают различие в длинах трещин системы и изменчивость фильтрационных свойств зон пласта, в выполнении анализа информативности методов промыслово-геофизического и гидродинамического контроля в условиях неоднородного по фильтрационным свойствам пласта, а также разработке алгоритмов комплексной интерпретации результатов ГДИС,
ПГИ и ГИС, позволяющих определять индивидуальные фильтрационные параметры пласта и геометрические параметры трещин.
Реализация
Внедрение разработанной автором методики позволило увеличить информативность исследований на горизонтальных скважинах, вскрывающих неоднородный по фильтрационным свойствам пласт системой сложных трещин.
Автором проинтерпретировано не менее 100 исследований, как промыслово- геофизических, так и гидродинамических, на основе которых были даны рекомендации на проведение результативных геолого-технических мероприятий
(повторные ГРП, выравнивание профиля приемистости).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IX Российско-Китайском симпозиуме «Новые техника и технологии ГИС в нефтегазовой промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2016г.); на Российской нефтегазовой технической конференции SPE (г. Москва, 2017 и

11 2018 гг.); на 72-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ – 2018» (г. Москва, РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2018г.); на 2-ой
Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы нефти и газа» (г. Москва, Институт проблем нефти и газа РАН, 2018г); на
Международной научно-практической конференции «Новые идеи в геологии нефти и газа – 2019» (г. Москва, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 2019г.); на 3-ей Научно-практической конференции
«Горизонтальные скважины 2019. Проблемы и перспективы» (г. Калининград,
2019г.); на 4-ой научно-практической конференции «Горизонтальные скважины
2021. Проблемы и перспективы». (г. Астрахань, 2021г.).
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, 2 из которых – в научных журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий ВАК,
3 статьи – в технических журналах SPE, 1 статья – в производственно- техническом нефтегазовом журнале, 2 работы – в монографиях, включающих совместно написанные с Гришиной Е.И. разделы, 6 работ – в виде тезисов докладов на конференциях.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 123 страницах. Работа содержит
58 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 143 наименований, в том числе 13 на иностранных языках.
Благодарности
Автор выражает огромную благодарность д.т.н., профессору кафедры ГИС
РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина М.И. Кременецкому за научное руководство, неизменную поддержку и внимание на протяжении всего времени работы над диссертацией.
Автор глубоко признателен сотрудникам кафедры Геофизических информационных систем РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, особенно Д.Н.
Гуляеву, В.М. Кричевскому, В.В Кокуриной за помощь и консультацию по ряду затронутых в работе вопросов.