Способ исследования пористости и проницаемости образцов керна

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при проектировании разработки нефтяных и газовых месторождений.

При разработке нефтяных и газовых месторождений породы-коллекторы испытывают дополнительную нагрузку, вызванную увеличением эффективных напряжений за счет снижения пластового давления. Подобные эффекты могут привести к существенному снижению пористости и проницаемости продуктивного пласта и должны учитываться при проектировании его разработки.

Известен способ [1] исследования фильтрационно-емкостных свойств образцов керна, включающий фильтрацию через них флюида и воздействие эффективных напряжений различной величины. Однако при этих исследованиях не учитывается тот факт, что данные свойства могут меняться от времени воздействия эффективных напряжений.

Технической задачей описываемого изобретения является определение закономерностей изменения пористости и проницаемости образцов керна при фильтрации флюида и воздействии эффективных напряжений различной величины до стабилизации проницаемости образцов керна минимум на трех режимах воздействия

Поставленная техническая задача решается за счет того, что при фильтрации через образцы керна флюида при одновременном воздействии на них эффективных напряжений различной величины воздействие эффективных напряжений осуществляют до стабилизации проницаемости образцов керна минимум на трех режимах воздействия.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1 - общая схема испытаний пористости или проницаемости образцов керна;

фиг. 2 - пример результатов исследований эффективной проницаемости одного из образцов керна;

фиг. 3 - зависимости между значениями эффективной пористости (а) и эффективной проницаемости (б) при эффективных напряжениях 11,21 МПа.

Описываемый способ реализуют следующим образом.

Для эксперимента используют экстрагированные и высушенные образцы керна, отобранные из одного продуктивного объекта. Предварительно определяют открытую пористость и абсолютную проницаемость образцов по газу в стандартных условиях. Делают подборку из данных образцов таким образом, чтобы она включала образцы с максимальной, минимальной и средними значениями открытой пористости и абсолютной проницаемости (5 и более образцов).

Для исследования эффективной пористости и эффективной проницаемости в образцах керна создают остаточную водонасыщенность с помощью модели пластовой воды. Для пород-коллекторов нефтяных месторождений образцы затем насыщают керосином или нефтью. Каждый образец помещают в установку, позволяющую определять изменение пористости и проницаемости по жидкости (для нефтяных месторождений) или по газу (для газовых месторождений). На фиг. 1 приведен пример общей схемы испытаний для одного из образцов керна.

В установке ступенями увеличивают эффективные напряжения до величины, соответствующей начальным пластовым условиям (фиг. 1, от Точки 1 до Точки 2). Выдерживают образец до тех пор, пока величина проницаемости не стабилизируется (фиг. 1, от Точки 2 до Точки 3). Увеличивают эффективные напряжения до величины, соответствующей снижению пластового давления (фиг. 1, от Точки 3 до Точки 4) на определенное значение (например, 10 МПа), и выдерживают образец до тех пор, пока величина проницаемости не стабилизируется (фиг. 1, от Точки 4 до Точки 5). Циклы увеличения и длительной выдержки образцов керна повторяют несколько раз (не менее трех). Затем эффективные напряжения ступенчато уменьшают с количеством ступеней не менее пяти (фиг. 1, от Точки 7 до Точки 8).

Для определения закономерностей снижения и увеличения пористости и проницаемости используют только характерные точки графика (фиг. 1, Точки 1, 3, 5, 7, 8). Для всех образцов находят зависимости между значениями параметров в данных характерных точках: значение величины в Точке 3 от значения величины в Точке 1; значение величины в Точке 5 от значения величины в Точке 3; значение величины в Точке 7 от значения величины в Точке 5; значение величины в Точке 8 от значения величины в Точке 1. В качестве корреляционных зависимостей можно использовать как линейные (для открытой и эффективной пористости), так и степенные зависимости (для абсолютной и эффективной проницаемости).

Для построения окончательной закономерности снижения фильтрационных характеристик используют полученные выше зависимости для подбора аппроксимирующей функции. В качестве функции можно использовать, например, функции вида:

где K - открытая или эффективная пористость и абсолютная или эффективная проницаемость; σ_эфф - эффективное напряжение, МПа; а и b - определяемые коэффициенты.

Для коэффициентов а и b могут быть найдены корреляционные зависимости, например, от открытой или эффективной пористости и абсолютной или эффективной проницаемости в атмосферных или начальных пластовых условиях.

Пример реализации способа

При проведении экспериментов с терригенными образцами керна были получены закономерности изменения эффективной пористости и эффективной проницаемости в зависимости от эффективных напряжений (пример на фиг. 2).

Для характерных точек были получены зависимости между значениями исходной эффективной пористости (в условиях, близких к атмосферным) и для эффективной пористости при эффективных напряжениях 11, 21 и 41 МПа:

- зависимость эффективной пористости при эффективном напряжении 11 МПа от исходной эффективной пористости (в условиях, близких к атмосферным):

- зависимость эффективной пористости при эффективном напряжении 21 МПа от эффективной пористости при эффективном напряжении 11 МПа:

- зависимость эффективной пористости при эффективном напряжении 41 МПа от эффективной пористости при эффективном напряжении 21 МПа:

На фиг. 3(а) для примера показаны зависимости между значениями эффективной пористости и эффективной проницаемости при эффективных напряжениях 11,21 МПа (характерные точки 3 и 5 на фиг. 1).

Как и для эффективной пористости, была получена тесная связь между исходным значением эффективной проницаемости для ее величины при эффективных напряжениях 11, 21 и 41 МПа:

- зависимость логарифма эффективной проницаемости при эффективном напряжении 11 МПа от логарифма исходной эффективной проницаемости (в условиях, близких к атмосферным):

- зависимость логарифма эффективной проницаемости при эффективном напряжении 21 МПа от логарифма эффективной проницаемости при эффективном напряжении 11 МПа:

- зависимость логарифма эффективной проницаемости при эффективном напряжении 41 МПа от логарифма эффективной проницаемости при эффективном напряжении 21 МПа:

На фиг. 2(б) для примера показаны зависимости между значениями эффективной проницаемости при эффективных напряжениях 11, 21 МПа (характерные точки 3 и 5 на фиг. 1).

На основе обобщения зависимостей (2)-(7) могут быть получены закономерности изменения эффективной пористости и эффективной проницаемости в виде функции (1). Для приведенного примера зависимости для коэффициентов а и b функции (1) выглядят следующим образом:

- для эффективной пористости:

.

- для эффективной проницаемости

где и - значение эффективной пористости и эффективной проницаемости в условиях, близких к атмосферным, соответственно.

При использовании описываемого способа исследования пористости и проницаемости образцов керна появляется возможность прогноза изменения данных параметров в процессе снижения пластового давления.

Литература

1. Кузьмин Ю.О., Жуков B.C. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных. - М.: Изд-во МГГУ, 2004. 262 с.