МНОГОФИЗИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ БУРЕНИИ И ИССЛЕДОВАНИИ
НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН: НОВЫЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ
И ИНТЕРПРЕТАЦИИ
И. Н. Ельцов *
Институт нефтегазовой геологии и геофизики
им. А. А. Трофимука, Новосибирск
Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск
YeltsovIN@ipgg.sbras.ru
Работа направлена на развитие и усовершенствование интерпретационной базы ком-
плекса данных электро- и электромагнитных методов каротажа путем комплексирования
методов и интеграции знаний из области геофизики, вычислительных технологий и систем-
ного анализа. В концепции единой информационной модели удаётся повысить надежность
результатов за счет проведения совместной интерпретации данных электромагнитных, элек-
трических, акустических методов, учета частотной дисперсии комплексной диэлектрической
проницаемости и изменения фильтрационно-ёмкостных свойств коллектора вблизи скважины,
связанные с процессами её бурения. В основе предлагаемых решений лежит разрабатываемая
нами междисциплинарная модель прискважинной зоны, учитывающая основные процессы,
влияющие на ее эволюцию: изменение пористости и проницаемости породы вблизи скважины
в результате деформационных процессов, фильтрацию бурового раствора в пласт и солепере-
нос, связанное с этим изменение распределения удельного электрического сопротивления и,
соответственно, показаний приборов электрического и электромагнитного каротажа.
Нами используется широко применяемый в современных естественнонаучных исследова-
ниях модельный подход. Реальная горная порода характеризуется очень сложным строением.
Скелет породы, как правило гетерогенный, состоит из сложной смеси минералов, неоднородных
по гранулометрическому составу и геомеханическим свойствам. Пористое пространство, также
характеризующееся неоднородностью, имеет соединённые между собой каналами и изолиро-
ванные поры. Поры заполнены флюидом, как правило, состоящим из несмешивающихся водной
и нефтяной фаз.
Поэтому любое сколько-нибудь подробное описание реальной флюидонасы-
щенной горной породы приводит к бесконечно большому числу параметров и делает невозмож-
ным создание адекватной математической модели. А если и удаётся построить уравнения, то
численное моделирование требует недоступных сегодня вычислительных ресурсов. В данном
проекте мы переходим от реального сложного объекта к его упрощенному представлению (мо-
дели). При этом соблюдается главное правило.
Модель должна учитывать все существенные для моделирования свойства прототипа (реального объекта).
От гетерогенного скелета породы в нашей модели останутся его средние по объёму геомеханические
свойства (модуль Юнга, коэффициент Пуассона и др.), а сложное пористое пространство можно
охарактеризовать интегральной пористостью, проницаемостью и нефтеводонасыщенностью.
Это и есть диктуемая модельным подходом параметризация моделируемого объекта,
то есть описание его характеристик.
Несмотря на многофизичность рассматриваемой задачи набор модельных параметров
в нашем случае конечен и позволяет построить уравнения, а также реализовать на их основе
программы численного моделирования двухфазной фильтрации в неоднородно напряжённой
деформируемой среде. Распространение в такой среде электромагнитного поля, например,
приобретает особые закономерности, поскольку нарушается симметрия при движении флю-
ида в порах. Возникают эффекты на границах пластов с разными гидрофизическими и геоме-
ханическими свойствами и т. д. В геологоразведке широко применяют геофизические мето-
ды исследований (ГИС) в скважинах. В данном проекте показано, что решаемые ГИС задачи
становятся более однозначными, повышается достоверность прогноза, если результаты ГИС
рассматривать в контексте многофизичных процессов в околоскважинном пространстве.
Информационная модель, как и многофизичные процессы, имеющие место при бурении
и других работах на скважине, структурируется на блоки и соответствующие им наборы мо-
дельных параметров.
Геомеханический блок параметризуется набором упругих (модуль Юнга, коэффициент
Пуассона) и хрупких (угол сцепления, коэффициент бокового распора) характеристик, описы-
вающих геомеханическое состояние породы, её способность выдерживать напряжения.
Гидродинамический (фильтрационный) блок описывается гидрофизическими параме-
трами (пористость, проницаемость, насыщенность флюидами) пластов и глинистой корки,
физическим свойствами флюидов (сжимаемость, минерализация, плотность, вязкость), а так-
же такими параметрами бурения, как содержание твёрдой фазы в буровом растворе, расход
жидкости, градиент давления и т. д.
Между процессами, описываемыми в блоках, существует давно известная параметри-
ческая связь. Так, эффективная электропроводность пористой среды вычисляется по формуле
Дахнова — Арчи (связывает гидродинамику и электродинамику), а зависимость проницаемо-
сти от напряжения считается по зависимости, опубликованной в (Holt, 1990) и связывает гео-
механику и гидродинамику.
Геофизический блок в наиболее информативной части описывается электрофизическими
параметрами (электропроводностью и диэлектрической проницаемостью) всех включённых
в область численного моделирования областей.
Развитая в работе теория и программно-алгоритмическая часть применены для анализа
и интерпретации измерений в ряде скважин. В результате количественной интерпретации на
основе единой геофизической модели подобраны значения фильтрационно-емкостных свойств
(ФЕС) коллекторов в скважинах Русскинского и Тевлинско-Русскинского месторождений. Та-
кой подход имеет хорошие перспективы для внедрения в практику, так как обладает рядом
преимуществ по сравнению с традиционным, что будет продемонстрировано в докладе.
Таким образом, построена информационная модель, необходимая для реализации меж-
дисциплинарного подхода к анализу процессов в гетерогенных флюидонасыщенных средах.
Такая модель нужна как для развития фундаментальных направлений исследований многофаз-
ной фильтрации в пористой среде, находящейся в напряженно-деформированном состоянии,
так и в прикладных приложениях, например, при интерпретации комплекса измерений в око-
лоскважинном пространстве при бурении и других работах на скважине.
Создана база (АТЛАС) многофизичных моделей нефтенасыщенных коллекторов, учиты-
вающих геомеханические, гидродинамические и геоэлектрические процессы, происходящие
в окрестности скважины.
На основе мультифизичного моделирования проведена интерпрета-
ция данных геофизических и геолого-технологических исследований скважин Русскинского
и Тевлинско-Русскинского месторождений.
Выполнен анализ чувствительности к информационно значимым модельным параме-
трам (электрофизическим, гидрофизическим, геомеханическим).
Исследования выполнены при поддержке проекта РФФИ 16-05-00830 http://www.ipgg.sbras.ru/ru/files/publications/ibc/nz-2018-4.pdf?action=download
Отправлено: 05.02.19 09:27. Заголовок: Пленарный доклад г-на И Н Ельцова - 2018
