Блоксхема исследования ГПН

НЕФТЕГАЗОВЫЙ ИНЖИНИРИНГ
К. МАКФИ
Дж. РИД
И. ЗУБИЗАРЕТТА
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРНА:
ГИД ПО ЛУЧШИМ ПРАКТИКАМ
К. МАКФИ, Дж. РИД, И. ЗУБИЗАРЕТТА
ЛАБОРАТОРНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРНА:
ГИД ПО ЛУЧШИМ
ПРАКТИКАМ
Оглавление
От редакционного совета серии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xxi
Предисловие редактора серии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxiii
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxv
ГЛАВА 1. Практические рекомендации по отбору и исследованиям
керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1. Данные исследований керна: основа для оценки параметров продуктивного пласта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2. Неопределенности данных исследований керна . . . . . . . . . . .
4
1.2.1. Причины и следствия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.2.2. Уменьшение неопределенности . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.3. Структура управления исследованиями керна . . . . . . . . . . . .
8
1.3.1. Проектирование и планирование исследований керна . . .
8
1.3.2. Важные аспекты разработки программы . . . . . . . . . .
9
1.3.3. Основные пункты исследований керна . . . . . . . . . . . 10
1.3.4. Оперативный контроль качества . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4. Практические рекомендации по лабораторным исследованиям
керна. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.1. Отбор керна, его транспортировка и пробоподготовка . . 12
1.4.2. Подготовка образцов керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.3. Рутинные исследования керна . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.4. Специальные исследования керна . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.5. Исследования физико-механических свойств горных
пород . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.6. Процедуры для контроля качества . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.7. Примеры программ исследований керна . . . . . . . . . . 15
1.4.8. Преимущества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
ГЛАВА 2. Отбор керна на скважинной площадке, обработка и транспортировка керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1. Системы отбора керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1. Традиционные системы отбора полноразмерного керна . . 17
viii
О ГЛАВЛЕНИЕ
2.1.2.
Отбор керна с применением съемного керноприемника
на кабеле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3. Система отбора изолированного керна Gel Coring . . . . .
2.1.4. Системы отбора керна с сохранением газа и жидкости . .
2.1.5. Ориентированный отбор керна . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.6. Боковой отбор керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Стандартные методы отбора керна . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1. Вопросы охраны труда, техники безопасности и охраны
окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2. Группа отбора керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3. Управление рисками при отборе керна . . . . . . . . . . .
2.3. Жидкости для отбора керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1. Типы буровых растворов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Индикаторы буровых растворов . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Повреждение керна и изменение характеристик раствора/петрофизических параметров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1. Изменение насыщенности флюидом . . . . . . . . . . . .
2.4.2. Уменьшение напряжений . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3. Изменение смачиваемости . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Лучшие методы обработки керна на буровой площадке . . . . . .
2.5.1. Подъем керна на буровую площадку . . . . . . . . . . . .
2.5.2. Последовательная раскладка и маркировка . . . . . . . . .
2.5.3. Сканирование гамма-излучением на площадке скважины
2.5.4. Резка керноприемной трубы на площадке скважины . . .
2.5.5. Стабилизация и консервация керна на площадке скважины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.6. Отбор проб на площадке скважины . . . . . . . . . . . . .
2.5.7. Транспортировка керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.8. Отчетность при отборе керна . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6. Особые меры обращения с трудными типами породы . . . . . . .
2.6.1. Несцементированный керн . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.2. Карбонатные породы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.3. Глинистые песчаники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.4. Сланцы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.5. Уголь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ГЛАВА 3. Обработка и исследование керна в лаборатории . . . . . . .
3.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Приемка и резка керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Компьютерная томография (КТ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
28
28
36
37
41
41
43
43
46
46
47
50
50
54
61
69
69
72
74
74
76
81
84
86
87
87
88
89
89
90
91
94
97
97
97
99
О ГЛАВЛЕНИЕ
ix
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
Гамма-каротаж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Извлечение из керноприемной трубы . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Осмотр керна и подбор образцов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Консервация образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.7.1. Сухая консервация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.7.2. Мокрая консервация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3.8. Распиловка керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.8.1. Образцы керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.8.2. Сверлильный станок и жидкости для отбора образцов . . 118
3.8.3. Ориентировка цилиндрического образца . . . . . . . . . . 120
3.8.4. Выбор места для отбора цилиндрического образца . . . . 122
3.8.5. Обрезка цилиндрического образца . . . . . . . . . . . . . 128
3.9. Продольный распил керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.10. Осмоление керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
3.11. Фотографирование и визуализация керна . . . . . . . . . . . . . . 133
3.11.1. Обычная съемка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3.11.2. Круговая съемка керна (на 360◦ ) . . . . . . . . . . . . . . . 137
3.12. Обработка слабоконсолидированного или несцементированного
керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.12.1. Получение и резка керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.12.2. Сканирование КТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.12.3. Гамма-каротаж керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.12.4. Продольный распил керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.12.5. Осмотр керна и выбор образцов . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.12.6. Отбор и защита цилиндрических образцов керна . . . . . 143
3.12.7. Фотографирование керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
3.12.8. Консервация керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
ГЛАВА 4. Подготовка образцов керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.2. Очистка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
4.2.1. Растворители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
4.2.2. Стандартные способы очистки . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.2.3. Способы очистки керна: достоинства и недостатки . . . . 160
4.3. Сушка керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
4.3.1. Сушка в обычной и вакуумной печах . . . . . . . . . . . . 160
4.3.2. Сушка в печи с регулируемой влажностью . . . . . . . . . 160
4.3.3. Сушка при критических температурах . . . . . . . . . . . 165
4.3.4. Сквозная сушка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
4.3.5. Способы сушки керна: достоинства и недостатки . . . . . 167
x
О ГЛАВЛЕНИЕ
4.4.
4.5.
Вопросы контроля качества, проверки и диагностики . . . . . . . 168
Глины и механизмы повреждения глин . . . . . . . . . . . . . . . . 172
4.5.1. Структура глинистой породы . . . . . . . . . . . . . . . . 173
4.5.2. Типы глинистых минералов . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
4.5.3. Катионообменная способность (КОС) . . . . . . . . . . . . 176
4.5.4. Морфология глин и регулирование свойств породы . . . . 179
4.5.5. Механизмы повреждения глины . . . . . . . . . . . . . . . 180
4.5.6. Испытания без сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
4.6. Подготовка керна для определения пористости . . . . . . . . . . . 185
4.6.1. Оценка пористости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
4.6.2. Понятие общей и эффективной пористости . . . . . . . . 186
4.6.3. Пористость по каротажу и керну . . . . . . . . . . . . . . 188
4.7. Особые условия при подготовке керна . . . . . . . . . . . . . . . . 191
4.7.1. Смачиваемость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
4.7.2. Карбонаты и рыхлые известняки . . . . . . . . . . . . . . 192
4.7.3. Галит . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
ГЛАВА 5. Обычные исследования керна . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
5.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
5.2. Исследование флюидонасыщенности . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
5.2.1. Ретортный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
5.2.2. Исследования по методу Дина – Старка . . . . . . . . . . . 205
5.3. Измерения пористости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
5.3.1. Объем зерен по гелию и их плотность . . . . . . . . . . . 218
5.3.2. Объем пор по гелию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
5.3.3. Общий объем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
5.3.4. Пористость при насыщении жидкостью . . . . . . . . . . 235
5.3.5. Точность и воспроизводимость измерений пористости . . 239
5.4. Измерения проницаемости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
5.4.1. Определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
5.4.2. Закон Дарси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
5.4.3. Течение, не подчиняющееся закону Дарси: эффекты
Клинкенберга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
5.4.4. Течение, не подчиняющееся закону Дарси: эффект Форхгеймера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
5.4.5. Измерение проницаемости при установившихся режимах 250
5.4.6. Измерение проницаемости при неустановившихся режимах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
5.4.7. Измерение (абсолютной) проницаемости по жидкости
при установившихся режимах . . . . . . . . . . . . . . . . 269
О ГЛАВЛЕНИЕ
xi
5.4.8.
Измерение проницаемости зондированием или профилированием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
5.5. Исследование полноразмерного керна . . . . . . . . . . . . . . . . 285
5.5.1. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
5.5.2. Насыщенность флюидом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
5.5.3. Пористость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
5.5.4. Проницаемость по газу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
ГЛАВА 6. Подготовка к специальным исследованиям керна . . . . . . 293
6.1. Пробоподготовка флюидов и определение их свойств . . . . . . . 293
6.1.1. Пробы пластовой воды и подготовка минерализованного
раствора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
6.1.2. Нефть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
6.1.3. Газ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
6.1.4. Требования к данным . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
6.2. Межфазное (поверхностное) натяжение . . . . . . . . . . . . . . . 305
6.2.1. Методы определения межфазного натяжения . . . . . . . 306
6.3. Выбор образцов для СИК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
6.3.1. Способы получения образца . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
6.3.2. Компьютерная томография и фотографирование . . . . . . 313
6.3.3. Петрофизические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
6.4. Оценка пластового напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
6.4.1. Устройство лабораторного стенда . . . . . . . . . . . . . . 326
6.4.2. Понятие эффективного давления . . . . . . . . . . . . . . 327
6.4.3. Эффективное давление обжима. Схема нагрузки . . . . . 328
6.4.4. Источники данных о напряжениях в пласте . . . . . . . . 331
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
ГЛАВА 7. Смачиваемость и исследование смачиваемости . . . . . . . 341
7.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
7.2. Метод краевого угла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
7.2.1. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
7.2.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
7.2.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
7.2.4. Результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
7.2.5. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 348
7.2.6. Метод краевого угла: выводы . . . . . . . . . . . . . . . . 349
7.3. Метод Амотта (Амотта – Харви) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
7.3.1. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
xii
О ГЛАВЛЕНИЕ
7.3.2. Условия исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
7.3.3. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
7.3.4. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
7.3.5. Индекс смачиваемости Амотта – Харви . . . . . . . . . . . 360
7.3.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 361
7.3.7. Метод Амотта (Амотта – Харви): выводы . . . . . . . . . . 361
7.4. Метод USBM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
7.4.1. Подготовка образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
7.4.2. Исследовательское оборудование . . . . . . . . . . . . . . 365
7.4.3. Ключевые процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
7.4.4. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
7.4.5. Вычисление показателя USBM . . . . . . . . . . . . . . . 368
7.4.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 369
7.4.7. USBM: общая информация . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
7.5. Совместный метод Амотта – USBM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
7.5.1. Подготовка образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
7.5.2. Исследовательское оборудование . . . . . . . . . . . . . . 372
7.5.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
7.5.4. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 374
7.5.5. Вычисление индекса USBM и Амотта – Харви . . . . . . . 375
7.5.6. Совмещенный метод Амотта – USBM: обобщенная информация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
ГЛАВА 8. Исследования электрических характеристик . . . . . . . . . 379
8.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
8.1.1. Каротаж удельного сопротивления . . . . . . . . . . . . . 379
8.1.2. Интерпретация водонасыщенности — закон Арчи . . . . . 380
8.1.3. Интерпретация водонасыщенности — глинистые песчаники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
8.1.4. Параметры интерпретации водонасыщенности по керну . . 385
8.2. Исследования параметра пористости (FRF) . . . . . . . . . . . . . 386
8.2.1. Выбор образцов и пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . 386
8.2.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
8.2.3. Процедуры исследований при стандартных (базовых)
условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
8.2.4. Процедуры исследований — условия влияния давления
перекрывающих пород . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
8.2.5. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
8.2.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 402
8.2.7. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 402
О ГЛАВЛЕНИЕ
xiii
8.2.8.
Вопросы контроля качества, проверки и диагностики
при исследовании пористости . . . . . . . . . . . . . . . . 406
8.3. Определение коэффициента удельного сопротивления . . . . . . . 413
8.3.1. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
8.3.2. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
8.3.3. Назначение и использование данных . . . . . . . . . . . . 422
8.3.4. Коэффициент насыщения: лабораторные артефакты . . . 428
8.3.5. Коэффициент насыщения: влияние типа породы и системы поры – флюид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
8.3.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 445
8.3.7. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 447
8.3.8. Вопросы контроля качества, проверки и диагностики
при исследовании индекса удельного сопротивления . . . 447
8.4. Параметры Ваксмана – Смита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
8.4.1. Модели глинистого песчаника . . . . . . . . . . . . . . . . 455
8.4.2. Уравнение Ваксмана – Смита . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
8.4.3. Исследования КОС и Qv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
8.4.4. Присвоение и использование данных . . . . . . . . . . . . 470
8.4.5. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 475
8.4.6. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 475
8.4.7. Вопросы контроля качества, проверки и диагностики
при исследовании Qv , m∗ и n∗ . . . . . . . . . . . . . . . 475
8.5. Альтернативный метод определения коэффициента насыщения . . 481
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
ГЛАВА 9. Капиллярное давление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
9.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
9.2. Капиллярное давление первичного вытеснения . . . . . . . . . . . 494
9.3. Высокоскоростная центрифуга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
9.3.1. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
9.3.2. Ключевые процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
9.3.3. Процедуры исследования (первичное вытеснение) . . . . 501
9.3.4. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 506
9.4. Пористая пластина (полупроницаемая мембрана): первичное вытеснение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
9.4.1. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
9.4.2. Ключевые процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
9.4.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
9.4.4. Альтернативы методу полупроницаемой мембраны . . . . 524
9.4.5. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 525
xiv
О ГЛАВЛЕНИЕ
9.5.
Ртуть – воздух (капиллярное давление по ртутной порометрии
(КДРП)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
9.5.1. Подготовка образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
9.5.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
9.5.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
9.5.4. Распределения размеров поровых каналов . . . . . . . . . 538
9.5.5. Типовой результат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
9.5.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 541
9.6. Методы определения капиллярного давления: время стабилизации . 549
9.7. Методы определения капиллярного давления при вытеснении:
выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
9.8. Корректировка данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
9.8.1. Поправки на закупорку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
9.8.2. Поправки на давление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
9.8.3. Поправки на связанную воду глин . . . . . . . . . . . . . . 558
9.8.4. Поправки на флюид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
9.8.5. J-функция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
ГЛАВА 10. Относительная проницаемость . . . . . . . . . . . . . . . . 569
10.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
10.1.1. Содержание раздела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
10.1.2. Определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
10.1.3. Остаточная водонасыщенность . . . . . . . . . . . . . . . 573
10.1.4. Остаточная нефтенасыщенность: система вода – нефть . . 573
10.1.5. Остаточная нефтенасыщенность: система газ – нефть . . . 577
10.1.6. Остаточная газонасыщенность: система вода – газ . . . . . 578
10.1.7. Критическая газонасыщенность: система газ – нефть . . . 580
10.1.8. Критическая газонасыщенность: система вода – газ . . . . 581
10.1.9. Критическая водонасыщенность . . . . . . . . . . . . . . . 583
10.1.10. Критическая нефтенасыщенность: газоконденсатные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
10.1.11. Смачиваемость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
10.1.12. Коэффициенты Кори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
10.2. Методика измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
10.2.1. Исследования в неустановившихся условиях (НУУ) . . . 595
10.2.2. Исследования в установившихся условиях (УУ) . . . . . . 596
10.2.3. Исследования в центрифуге . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
10.2.4. Определение кривой в зависимости от метода исследования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
10.2.5. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
О ГЛАВЛЕНИЕ
xv
10.2.6. Мониторинг насыщения в пластовых условиях (МНПУ) . 604
10.3. Методология интерпретации данных исследований . . . . . . . . . 608
10.3.1. Неустановившиеся условия . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
10.3.2. Установившиеся условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
10.3.3. Метод центрифуги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
10.3.4. Скорость потока и концевые капиллярные эффекты . . . . 612
10.3.5. Моделирование заводнения керна . . . . . . . . . . . . . . 617
10.4. Выбор образцов, режим и условия исследований . . . . . . . . . . 621
10.4.1. Выбор образцов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
10.4.2. Состояние во время исследования . . . . . . . . . . . . . . 624
10.4.3. Геостатическое давление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
10.4.4. Начальная водонасыщенность . . . . . . . . . . . . . . . . 626
10.5. Описание измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
10.5.1. Относительная проницаемость: система вода – нефть в неустановившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
10.5.2. Относительная проницаемость вода – нефть в установившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
10.5.3. Определение относительной проницаемости системы вода – нефть на центрифуге (CentKrWO) . . . . . . . . . . . 649
10.5.4. Относительная проницаемость системы газ – нефть в неустановившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
10.5.5. Относительная проницаемость системы газ – нефть в установившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662
10.5.6. Относительная проницаемость системы газ – нефть: исследования в центрифуге (CentKrGO) . . . . . . . . . . . . 666
10.5.7. Построение кривых относительной проницаемости газ –
нефть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
10.5.8. Относительная проницаемость системы газ – вода в неустановившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
10.5.9. Относительная проницаемость в системе газ – вода в установившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675
10.5.10. Относительная проницаемость в системе вода – газ в неустановившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679
10.5.11. Относительная проницаемость в системе вода – газ в установившихся условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
10.5.12. Относительная проницаемость системы вода – газ по методу центрифуги (CentKrWG) . . . . . . . . . . . . . . . . 690
10.5.13. Остаточная газонасыщенность: капиллярное давление
при пропитке в центрифуге (Sgr-CentPc) . . . . . . . . . . 695
10.5.14. Остаточная газонасыщенность (защемленный газ) при
противоточной пропитке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699
10.6. Критическая газонасыщенность (снижение давления) . . . . . . . 704
xvi
О ГЛАВЛЕНИЕ
10.6.1. Подготовка образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705
10.6.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 705
10.6.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706
10.7. Получение экспериментальных данных . . . . . . . . . . . . . . . 710
10.7.1. Образцы и флюиды (для всех исследований) . . . . . . . . 711
10.7.2. Капиллярное давление при дренировании (снижение насыщенности до Swir ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712
10.7.3. Относительная проницаемость по исследованию в центрифуге (вода – нефть, газ – нефть, декан – вода) . . . . . . 713
10.7.4. Противоточная пропитка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713
10.7.5. Исследования с заводнением при установившихся (УУ)
и неустановившихся условиях (НУУ) (вода – нефть, газ –
нефть и вода – газ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714
10.8. Выводы и рекомендации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716
10.8.1. Нефтяные коллекторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
10.8.2. Газовые и газоконденсатные коллекторы . . . . . . . . . . 721
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726
ГЛАВА 11. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) . . . . . . . . . . . . 729
11.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729
11.2. Ядерная спиновая релаксация в горных породах . . . . . . . . . . 731
11.3. ЯМР-релаксация и размер пор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733
11.4. Пористость по данным ЯМР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
11.5. Связанная вода глин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737
11.6. Оценка проницаемости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737
11.7. Исследования керна при помощи ЯМР . . . . . . . . . . . . . . . . 738
11.7.1. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 738
11.7.2. Основные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 739
11.7.3. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 740
11.7.4. Рекомендуемые параметры ЯМР-измерений . . . . . . . . 741
11.7.5. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742
11.7.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 743
11.8. Измерения параметров керна при помощи ЯМР: выводы . . . . . 744
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745
ГЛАВА 12. Исследования физико-механических свойств горных пород . 747
12.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747
12.2. Выбор образцов и пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748
12.2.1. Место проведения исследований . . . . . . . . . . . . . . 748
12.2.2. Ориентация образцов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753
О ГЛАВЛЕНИЕ
12.3.
12.4.
12.5.
12.6.
12.7.
xvii
12.2.3. Жидкости для отбора цилиндрических образцов . . . . . 754
12.2.4. Размеры образцов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755
12.2.5. Насыщение образцов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756
Исследования прочности при одноосном сжатии . . . . . . . . . . 757
12.3.1. Цели исследований и требования к образцам . . . . . . . 757
12.3.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 758
12.3.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758
12.3.4. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758
12.3.5. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 759
12.3.6. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 761
12.3.7. Контроль качества, проверка и диагностика при определении прочности при одноосном сжатии . . . . . . . . . . 761
Исследования прочности при трехосном сжатии . . . . . . . . . . 764
12.4.1. Цели исследований и требования к образцам . . . . . . . 764
12.4.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 765
12.4.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765
12.4.4. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773
12.4.5. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 778
12.4.6. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 780
12.4.7. Контроль качества при проведении испытания на трехосное сжатие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 780
Испытания глинистых сланцев на трехосное сжатие . . . . . . . . 786
12.5.1. Цели исследований и требования к образцам . . . . . . . 786
12.5.2. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 786
12.5.3. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 789
12.5.4. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791
12.5.5. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792
12.5.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 795
12.5.7. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 795
12.5.8. Контроль качества, проверка и диагностика при испытании глинистых сланцев на трехосное сжатие . . . . . . . . 795
Испытания с толстостенным цилиндром . . . . . . . . . . . . . . . 799
12.6.1. Цели исследований и требования к образцам . . . . . . . 799
12.6.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 801
12.6.3. Процедуры испытаний (стандартные испытания с толстостенным цилиндром) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804
12.6.4. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 805
12.6.5. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 807
12.6.6. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 809
12.6.7. Контроль качества, проверка и диагностика при испытании с толстостенным цилиндром . . . . . . . . . . . . . . 809
Испытания на растяжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813
xviii
О ГЛАВЛЕНИЕ
12.7.1.
12.7.2.
12.7.3.
12.7.4.
12.7.5.
12.7.6.
Цели исследований и требования к образцам . . . . . . . 813
Лабораторное оборудование и процедуры исследований . 813
Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 815
Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 815
Контроль качества, проверка и диагностика при испытаниях на растяжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
12.8. Акустические испытания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818
12.8.1. Цели исследований и требования к образцам . . . . . . . 818
12.8.2. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818
12.8.3. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 819
12.8.4. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821
12.8.5. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822
12.8.6. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 822
12.8.7. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 822
12.8.8. Контроль качества, проверка и диагностика при акустических испытаниях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
12.9. Испытания для получения кривой дифференциальных напряжений (DSCA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 826
12.9.1. Цели исследований и требования к образцам . . . . . . . 826
12.9.2. Лабораторное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . 827
12.9.3. Процедуры исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
12.9.4. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830
12.9.5. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 833
12.9.6. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 833
12.9.7. Контроль качества, проверка и диагностика при анализе
кривой дифференциальных напряжений (DSCA) . . . . . 834
12.10. Исследования сжимаемости порового объема . . . . . . . . . . . . 835
12.10.1. Назначение и определения параметров сжимаемости . . . 835
12.10.2. Условия нагружения при испытаниях на сжимаемость . . 836
12.10.3. Пробоподготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 840
12.10.4. Исследовательское оборудование для определения проницаемости (K0 ) при одноосном сжатии . . . . . . . . . . 841
12.10.5. Процедуры испытаний для определения проницаемости
(K0 ) при одноосном сжатии . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
12.10.6. Использование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843
12.10.7. Требования к представлению данных . . . . . . . . . . . . 848
12.10.8. Преимущества и недостатки/сложности . . . . . . . . . . 848
12.10.9. Вопросы контроля качества, проверки и диагностики
при исследовании одноосной сжимаемости (K0 ) . . . . . 849
12.11. Анализ гранулометрического состава . . . . . . . . . . . . . . . . . 852
12.11.1. Цель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852
О ГЛАВЛЕНИЕ
xix
12.11.2. Механический гранулометрический анализ . . . . . . . . 855
12.11.3. Лазерный гранулометрический анализ . . . . . . . . . . . 865
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873
ГЛАВА 13. Примеры программ исследования керна . . . . . . . . . . 875
13.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875
13.2. Координационный центр исследований керна . . . . . . . . . . . . 876
13.3. Разработка и организация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876
13.4. Литологические аспекты рутинных и специальных исследований
керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 879
13.4.1. Чистые сцементированные песчаники . . . . . . . . . . . 879
13.4.2. Слабосцементированные песчаники . . . . . . . . . . . . . 880
13.4.3. Глинистые песчаники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 880
13.4.4. Карбонатные породы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 880
13.4.5. Кавернозные карбонатные породы . . . . . . . . . . . . . 881
13.4.6. Низкопроницаемые коллекторы . . . . . . . . . . . . . . . 881
13.4.7. Трещинные коллекторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881
13.5. Рутинные исследования керна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881
13.5.1. Рекомендованные эксперименты РИК . . . . . . . . . . . . 882
13.6. Программа СИК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882
13.6.1. Газовое месторождение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 889
13.6.2. Нефтяное месторождение . . . . . . . . . . . . . . . . . . 889
Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913
От редакционного совета серии
Дорогие читатели, мы представляем вашему вниманию очередную книгу
серии «Нефтегазовый инжиниринг» «Газпром нефти», посвященную комплексному рассмотрению методов отбора, хранения и лабораторным исследованиям
керна.
Современные технологии поиска и разведки углеводородов во многом базируются на дистанционных исследованиях, но решающим аргументом при оценке
резервуара остается керн. Лабораторное изучение образцов пород дает огромный объем информации о литологических свойствах, пористости, проницаемости, флюидонасыщенности и других параметрах, которые позволяют охарактеризовать сложную природу пласта-коллектора.
Авторы монографии обращают большое внимание на все этапы работы
с керном, начиная с его отбора, порядка оформления документации на буровой
площадке, процессов консервации и транспортировки и заканчивая форматами
представления аналитических данных заказчикам. Рассматриваются практически
все современные методы изучения пород и их комплексное применение. Книга
отличается системным подходом к изложению материала. Для каждого описываемого метода авторы приводят схему пробоподготовки, описание лабораторного
оборудования, последовательные процедуры исследований, требования к представлению данных, рассматривают преимущества и недостатки метода, а также
обоснованность их использования для тех или иных породных объектов. Особое
внимание уделяется аналитическим исследованиям низкопроницаемых коллекторов, доля запасов которых в компании «Газпром нефть» неуклонно возрастает,
а объемы аналитических исследований требуют своего совершенствования. В заключительной главе приводятся примеры комплексных программ исследований
керна, рекомендации по планированию и выбору оптимального комплекса исследований.
На текущий момент монография является одной из наиболее полных сводок по лабораторным исследованиям керна. Рассматриваемые в книге методы,
принципы и подходы прекрасно иллюстрированы, приводятся многочисленные
примеры из лучших практик зарубежных нефтяных компаний.
В заключение отметим, что пласты-резервуары углеводородов — это природный компонент инжиниринговой системы, понимание строения и свойств которого необходимо для успешного решения широкого комплекса задач геологии
и разработки: от построения геологических и гидродинамических моделей, создания петрофизических зависимостей и алгоритмов до подготовки проектных
xxii
О Т РЕДАКЦИОННОГО СОВЕТА СЕРИИ
документов и тестирования методов воздействия на пласт для повышения нефтеотдачи. Грамотное проведение аналитических исследований и интерпретации
результатов является залогом правильного понимания природных породных объектов и выбора технологически верных решений при их разработке.
Книга будет полезна геологам, петрофизикам, седиментологам, разработчикам, инженерам по бурению и заканчиванию скважин, профессионалам в области
хранения и анализа керна, а также широкому кругу специалистов, использующих
керновые данные в геологии и разработке нефтяных месторождений.
Эксперт Блока научного инжиниринга
Научно-технического
центра «Газпром нефти»
д. г.-м. н.
М. А. Тугарова
Заместитель Генерального директора
по научному инжинирингу
Научно-технического
центра «Газпром нефти»
А. Н. Ситников
Предисловие редактора серии
Это пятая книга из серии «Достижения науки о нефти», со времени издания «Справочника по разведке и добыче нефти» в 2013 году. После книг по
геофизике, стратиграфической характеристике разреза, петрофизике и комплексным мерам по борьбе с выносом песка мы теперь переходим к лабораторным
исследованиям керна.
В процессе непрекращающихся поисков нефти и газа во всем мире в основном наше представление о характере и распределении нефтегазоносных коллекторов формируется по результатам дистанционных исследований земных
недр. Все мы хорошо знакомы с сейсмическими, гравитационными, магнитными и электромагнитными методами исследований нефтегазоносных коллекторов,
эти методы были в значительной степени усовершенствованы и теперь позволяют выполнять постоянный и периодический мониторинг разреза в процессе добычи пластовых флюидов. Такие методы дистанционных исследований применяются также при бурении и проведении геофизических исследований скважин
для того, чтобы понять характер и распределение различных видов горных пород
и флюидов.
Тем не менее, при оценке свойств горных пород нефтяных и газовых месторождений, не существует методов, которые позволили бы нам наблюдать или
измерить свойства этих подземных коллекторов, за одним исключением. Единственным способом количественно оценить коллекторские свойства в поверхностных или смоделированных пластовых условиях являются лабораторные исследования образцов горной породы, отобранных в процессе бурения как традиционных, так и нетрадиционных нефтегазовых коллекторов, с использованием
четких методик. Это позволяет как геологам-разведчикам, так и группам инженеров по разработке месторождений закладывать количественные значения в геологические и гидродинамические модели, а также оценивать геологические запасы углеводородов и возможные темпы их отбора. В конечном итоге это поможет
лучше разобраться в рентабельности разработки геологических запасов углеводородов.
В настоящей книге рассматривается чрезвычайно важный раздел нефтепромыслового дела — лабораторные исследования керна и лучшие практики лабораторных и «полевых» исследований, позволяющие получить наиболее качественные данные с минимальными погрешностями и максимально повысить ценность
xxiv
П РЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА СЕРИИ
этих данных для геологов, геофизиков и разработчиков. Поэтому прочитать ее
будет весьма полезно тем специалистам, которые занимаются разведкой и разработкой нефтегазовых месторождений в самых разных странах. В частности, как
говорят авторы, эта книга — «фундамент, на котором базируется оценка параметров продуктивного пласта».
Джон Кьюбитт
Холт, Уэльс
Предисловие
При оценке свойств и запасов нефтегазоносных пластов лабораторные исследования керна — единственный источник прямых количественных данных
о свойствах пласта-коллектора и основа, на которой базируется оценка параметров продуктивного пласта. Геологи, разработчики и петрофизики на основе
точных и представительных данных анализа керна составляют массив основных
исходных данных для построения геологических и гидродинамических моделей.
Однако из-за разницы в стандартах на проведение лабораторных исследований
и форматов предоставления результатов качество данных оказывается разным.
Учитывая непоследовательность и неопытность персонала, который составляет
и руководит выполнением программ лабораторных испытаний, сложилась такая
ситуация, при которой, по обширному опыту авторов, накопленному в разных
странах, около 70 % исторически накопленных данных специальных исследований керна не соответствуют целевому назначению.
Книг по лабораторным исследованиям керна и их анализу издано не так уж
много, и существует только один рекомендованный, признанный в отрасли свод
методических рекомендаций, который, хотя еще по-прежнему применим и соответствует предъявляемым требованиям, не полностью охватывает специальные
лабораторные исследования керна и не дополнялся уже более 25 лет1 . Цель настоящей книги состоит в том, чтобы предоставить конечным пользователям данных лабораторных исследований керна основные сведения, которые им необходимы для того, чтобы более предусмотрительно, последовательно и согласованно
подходить к составлению программы испытаний, сбору данных и контролю качества лабораторных исследований керна. Авторы активно участвуют в составлении и реализации программ лабораторных исследований, а также в интерпретации и использовании полученных результатов. Нам мешает отсутствие стандартов в отношении данных лабораторных исследований керна, которые к тому же
часто бывают непригодны для использования по назначению, поэтому мы составили методические рекомендации по их проведению с применением передового
опыта, имеющие практическую направленность и позволяющие решать поставленные задачи. Применение этих рекомендаций даст возможность максимально
повысить качество данных, будет способствовать более тесному взаимодействию
1
Речь об API-040. — Прим. ред.
xxvi
П РЕДИСЛОВИЕ
между конечными пользователями и лабораториями, которые выполняют исследования, и, таким образом, повысит эффективность инвестиций в проведение
исследований керна.
Необходимым условием получения представительных и достоверных результатов лабораторных исследований керна является отбор качественного
и неповрежденного керна. Поэтому мы начинаем с описания основных способов
отбора керна и применяемых при этом жидкостей, а также с того, как выявить
и свести к минимуму повреждение керна в процессе его доставки от пласта до
испытательной лаборатории. Лабораторные исследования обычно выполняются
на цилиндрических образцах, выпиленных из керна, в связи с чем мы рассматриваем методики и оборудование, применяемое для выпиливания образцов и их
подготовки для анализа, а также их влияние на измеряемые свойства. Приводится
описание специализированных методов подготовки образцов, необходимых для
сохранения естественной смачиваемости и предотвращения изменений неустойчивых минералов.
Как правило, рутинные исследования керна предусматривают измерение насыщенности флюидами, а также пористости и проницаемости на экстрагированных и высушенных образцах, в дальнейшем эти данные используются для
определения коллекторских свойств и привязки керна к каротажу. Поскольку испытательное оборудование и методики выполнения исследований у разных лабораторий разные, мы приводим преимущества, недостатки и проблемы, которые
присущи каждому методу, а также описание методов диагностики и контроля
качества.
При проведении специальных исследований керна измеряются фундаментальные статические и динамические свойства горных пород в условиях, близких
к пластовым — используются соответствующие флюиды, задаются температура и напряженное состояние, соответствующие естественным условиям пласта.
Правильное планирование специальных исследований керна имеет важное значение для получения качественных данных, представительных для конкретного
пласта, поэтому мы уделяем особое внимание таким аспектам, как подготовка
и определение свойств флюидов, используемых при проведении исследований;
способам отбраковки и подбора представительных образцов керна и определения
эффективного напряжения в пласте. Важным свойством горных пород является смачиваемость пласта. Приводится описание лабораторных исследований по
определению смачиваемости, но, что более важно, указываются факторы, которые влияют на естественную смачиваемость, и описывается, как смачиваемость
может измениться при отборе, извлечении керна, его хранении и перевозке, а также как можно попытаться восстановить естественную смачиваемость.
Затем мы сосредоточимся на основных видах специальных исследований
керна, таких как: определение пористости и проницаемости в условиях геостатической нагрузки, электрических свойств, капиллярного давления; ядерно-магнитный резонанс (ЯМК) и определение относительной проницаемости. Даются
П РЕДИСЛОВИЕ
xxvii
объяснения различных условий исследований керна, методик их выполнения, обсуждаются оборудование и процедуры, а также требования к составлению отчетов по результатам испытаний. Мы приводим преимущества, недостатки и ограничения по каждому виду исследований, описываем методы диагностики и контроля качества. Даем разъяснения относительно поправок и корректировок, которые вносятся при обработке данных исследований перед их использованием
в геологических и гидродинамических моделях.
Поскольку геомеханические характеристики, необходимые для увеличения
скорости проходки и повышения безопасности бурения и качества заканчивания
скважин, также могут быть измерены на керне, мы включаем главу об испытаниях по определению механических свойств горных пород и гранулометрического
состава. Наконец, приводим типовые примеры программ лабораторных исследований керна, которые читатель может использовать как руководство или шаблон
при составлении и уточнении рабочих процессов исследований керна, отобранного из нефтегазовых пластов.
Соблюдение приведенных в настоящей книге методических рекомендаций,
основанных на передовом опыте, принесет пользу петрофизикам, геологам и геофизикам, инженерам по разработке месторождений и добыче нефти и газа, которые используют эти данные, но зачастую не знакомы с диапазоном неопределенности. Мы даем лишь общие рекомендации, основанные на многолетнем
опыте, но каждый пласт уникален, поэтому данные, которые необходимы для составления проекта разработки месторождения, следует принимать во внимание
и обсуждать с авторитетными специалистами, прежде чем окончательно утверждать подробную программу исследований. Тем не менее, мы надеемся, что читатель сможет лучше разобраться в методиках исследований керна, с большим
знанием дела судить о качестве результатов исследований и, в конечном итоге,
сможет снизить неопределенность в геологических и гидродинамических моделях пластов.
Настоящая книга основана на материалах из множества источников, включая сотни отчетов о лабораторных испытаниях, публикации Общества инженеров-нефтяников, Общества профессиональных интерпретаторов каротажных
диаграмм, Общества инженеров по анализу керна, высших учебных заведений,
а также сайты нефтяных и сервисных компаний. Мы сделали все возможное,
чтобы отыскать эти материалы и привели ссылки на их источники.
Мы хотели бы выразить признательность за сотрудничество нефтяным компаниям и лабораториям по анализу керна, которые помогли нам составить эти
методические указания на основе передового опыта. Зачастую лаборатории стараются выполнить работу на высоком уровне, невзирая на тяжелые условия. Мы
также в долгу перед различными компаниями и организациями, которые разрешили нам включить в эту книгу свои материалы, и руководством компании
LR Synergy за их поддержку. Эта книга не увидела бы свет без вклада, одобрения и помощи таких людей, как Мел Булби, Майк Берн, Тим Конрой, Джил
xxviii
П РЕДИСЛОВИЕ
Дэниэлс, Боб Харрисон, Линн Хэрроуер, Мишель Хаббард, Элиз Джонстон, Рик
Леманчик, Мишель Лозето, Дэвид Милтон-Тэйлер, Иэн Моррисон, Фил Маккерди, Джорджия Маккендрик, Вивьен Маккинли, Джон Оуэнс, Макс Подоляк, Крис
Рид, Бет Рейд, Елица Соррентино, Мария Велазко, Грэм Уеббер и Фантип Вонгтуй. Наконец, мы благодарим за поддержку и терпение сотрудников издательства
Elsevier, в особенности Дерека Коулмана и редактора серии Джона Кьюбитта.
Колин Макфи
Эдинбург, Великобритания
Джулс Рид
Абердин, Великобритания
Изаскун Зубизаретта
Абердин, Великобритания
Июнь 2015 года
ГЛАВА 1
Практические рекомендации
по отбору и исследованиям керна
1.1. Данные исследований керна:
основа для оценки параметров продуктивного пласта
Основная задача, которая стоит перед геологами и петрофизиками, заключается в определении начальных балансовых запасов нефти, газа и конденсата
в рассматриваемом пласте. Основная задача инженера по разработке месторождения — понять физические процессы, происходящие в системе пласт – флюид
с целью обеспечения наиболее полного извлечения углеводородов с максимальной рентабельностью. Для решения этих двух задач требуется полная информация о геометрии и структуре пласта, взаимодействии между породой и флюидами, природными или закачанными в пласт. При моделировании пласта геологи, петрофизики и геофизики создают его компьютерную модель, описывающую
коллектор; основное назначение такой модели заключается в определении объема
геологических запасов углеводородов. Такая модель обычно называется статической. Гидродинамическая модель пласта создается инженерами по разработке
пласта с целью описания и схематического изображения процесса извлечения
углеводородов при использовании различных механизмов добычи. Подобные динамические модели в основном используются для определения запасов и коэффициентов извлечения, а также для прогнозирования профилей добычи углеводородов для проведения экономического анализа.
Для создания статических и динамических моделей используются различные источники разрозненных данных, включая региональную геологию, сейсмику, седиментологические модели, данные бурения, результаты каротажа, инклинометрии, сведения о давлении флюидов, характеристику горных пород и флюидов. Характер и качество информации, используемой для построения моделей,
изменяются в процессе освоения месторождения, поэтому важно постоянно следить за качеством данных с целью минимизации неопределенности при моделировании пласта. Качественные и количественные данные, используемые как для
статических, так и динамических моделей, всегда должны соответствовать целевому назначению и способствовать решению задач разработки месторождения.
Как правило, керн — это единственная часть (относительно) ненарушенной
породы-коллектора, которую можно увидеть и подержать в руках. Следователь-
2
ГЛАВА 1
но, данные исследований керна должны служить «основной истиной» или фундаментом для интегрированной оценки пласта и описания характеристик коллектора. Все прочие источники данных фактически являются косвенными, поэтому
надежные и представительные результаты исследований керна имеют существенное значение для калибровки и подтверждения достоверности остальной информации.
Например, начальные геологические запасы товарной нефти (Oil Initially In
Place, OIIP) могут быть определены на основании
1
N
φ(1 − Sw ) .
(1.1)
OIIP = GRV
G
Bo
Значения общего объема горной породы (GRV) и общих толщин (G) в соотношении эффективных и общих толщин (N/G) в первую очередь устанавливается
геофизиками и геологами. Инженер по разработке пласта отвечает за определение коэффициента пластового объема нефти (Bo ) по результатам экспериментов
по определению давления, объема и температуры (PVT). Петрофизики отвечают за определение значений нефтенасыщенной толщины (N ), пористости (φ)
и водонасыщенности (Sw ), в первую очередь это данные по каротажу. Эффективная мощность пласта, как правило, определяется по граничному значению
проницаемости, а данные о проницаемости с высоким разрешением возможно
получить только по результатам исследования керна. Интерпретация пористости
(например, по данным плотностного каротажа) проверяется или калибруется по
результатам измерений пористости по керну. Для интерпретации электрокаротажа требуется измерение электрических характеристик керна для количественного
определения водонасыщения в чистом пласте, а также необходимо знать катионообменную способность для поправки электрического сопротивления пласта на
проводящие глины. Водонасыщение может быть определено напрямую экстрагированием керна методом Дина – Старка или ретортным методом, либо опосредованно по измерениям капиллярного давления первичного вытеснения.
Стандартные исследования керна, предлагаемые коммерческими лабораториями по исследованию керна, результаты которых используются в качестве
исходных данных при создании статических петрофизических моделей, перечислены в таблице 1.1. Исторически эти исследования проводились только при
атмосферных условиях (низкое или нулевое давление обжатия, комнатная температура), но сегодня большая часть коммерческих лабораторий может проводить
данные исследования при более показательных условиях, характерных для пласта-коллектора: давлении, жидкости, температуре.
Как отмечено в работе (Dake, 1991), «определение коэффициента извлечения — самая важная задача, стоящая перед инженером по разработке пласта».
Коэффициенты извлечения могут быть определены на основании чисто технических критериев, но, скорее всего, они будут зависеть от экономических и экологических факторов. Например, эффективность извлечения углеводородов при за-
1.1. Д АННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЙ КЕРНА : ОСНОВА ДЛЯ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ
3
Таблица 1.1. Стандартные исходные данные, получаемые по результатам исследования
керна, для подсчета запасов (статические модели)
Параметр
Нефтенасыщенная
толщина
Источник данных
Проницаемость
Пористость
Пористость
по плотностному
каротажу
Водонасыщенность
Электрические
параметры
Капиллярное
давление
первичного
вытеснения
Непосредственные измерения
Метод исследования
Проницаемость по воздуху (атмосферное давление
или давление в пласте)
Проницаемость по Клинкенбергу (атмосферное давление или давление в пласте)
Проницаемость по рассолу (воде) (атмосферное давление или давление в пласте)
Проницаемость, определяемая зондированием (атмосферные условия)
Пористость по гелию (атмосферное давление или
давление в пласте)
Пористость после повторного насыщения (атмосферное давление или давление в пласте)
Пластовый коэффициент (атмосферное или пластовое давление)
Индекс удельного сопротивления (атмосферные давление или пластовые условия)
Емкости катионного обмена методами «мокрой химии» (КОС) для глинистых песчаников (атмосферные условия)
Исследования при различном уровне минерализации
(нормализованная КОС) (атмосферное или пластовое
давление)
Закачка ртути низкого давления (при атмосферном
или пластовом давлении)
Закачки ртути высокого давления (при атмосферном
давлении)
Метод полупроницаемой мембраны газ – вода или
нефть – вода (атмосферные или пластовые условия)
Центрифуга газ – вода или вода – нефть (при атмосферном или ограниченном пластовом давлении)
Ретортная экстракция (атмосферные условия)
Экстракция методом Дина – Старка (атмосферные
условия)
воднении нефтяного пласта очень сильно зависит от отношения подвижности:
M=
krw μw
Mrw
=
,
Mro
kro μo
(1.2)
где Mrw и Mro — относительная подвижность воды и нефти соответственно. Параметры kro и krw представляют собой относительную фазовую проницаемость
по нефти и воде, а μw и μo — вязкость воды и нефти соответственно. Если kro
и krw — относительная проницаемость при остаточной фазовой насыщенности
4
ГЛАВА 1
(kro при неснижаемой водонасыщенности, Swir , и krw при остаточной нефтенасыщенности, Sor ), тогда M определяется как предельное значение отношения
подвижности. Если данное значение < 1, тогда при заводнении нефть способна
перемещаться в коллекторе со скоростью равной или большей, чем вода. Подобное «поршневое» вытеснение приводит к четкому взаимодействию между флюидами, что минимизирует движение в обход нефти и обеспечивает высокую эффективность вытеснения. Однако при M > 1 вода способна двигаться быстрее
нефти, что приводит к преждевременным прорывам воды в скважины и плохой
или нестабильной фильтрации нефти. Может потребоваться закачка нескольких
кубических метров воды для извлечения одного кубического метра нефти. Относительная проницаемость по нефти, газу и воде таким образом обеспечивает
важные исходные данные для построения гидродинамической модели.
Стандартные исследования керна, предлагаемые коммерческими лабораториями по исследованию керна, результаты которых используются в качестве
исходных данных при создании динамических моделей, перечислены в таблице 1.2. Перечень не является исчерпывающим, авторы перечислили основные
исследования, определяющие ключевые параметры моделирования. Как правило, требуется проведение двух или более исследований для точного определения параметров, необходимых для прогнозирования коэффициента извлечения
при различных механизмах вытеснения, а также описания движения жидкости
в насыщенных и недонасыщенных пластах, коллекторах сухого, жирного газа
и газоконденсата. Исторически данные исследования проводились только при
атмосферных условиях (низкое или нулевое давление обжатия, комнатная температура) с использованием моделей флюидов, но сегодня большая часть коммерческих лабораторий может проводить данные исследования при более показательных условиях, характерных для пласта-коллектора: давлении, жидкости,
температуре.
1.2. Неопределенности данных исследований керна
Исследование керна, возможно, — единственный способ прямых количественных измерений «естественных» характеристик пласта, который должен
использоваться в качестве основания при статическом или динамическом моделировании. Согласно работе (Harrison, 2009), отбор и анализ керна по мере
усложнения пластов становится все более важной задачей. Керн и данные его исследований позволяют подтвердить литологический и минералогический состав
породы-коллектора, откалибровать оценочные значения фундаментальных характеристик породы, увидеть положение и движение флюидов в поровом пространстве, получить геометрические параметры, необходимые для увеличения скорости проходки и повышения безопасности бурения. Гаррисон подчеркивает, что
невозможно понять пласт только на основании каротажных данных, при отсутствии результатов непосредственных исследований пород-коллекторов. В даль-
1.2. Н ЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ДАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КЕРНА
5
Таблица 1.2. Стандартные исходные данные для создания динамических моделей, получаемые в результате исследований керна
Коллектор
Флюид
Нефть
Механизм
вытеснения
Заводнение
Параметры
Методы исследования
Концевые
значения kro и krw
Неустановившийся режим заводнения, Sor
Относительная проницаемость
(вода → нефть) при неустановившемся режиме течения
Относительная проницаемость
(вода → нефть) при установившемся режиме течения
Вытеснение вода → нефть
(только kro )
Неустановившийся режим нагнетания газа, Sor
Относительная проницаемость
(газ → нефть) при неустановившемся режиме течения
Относительная проницаемость
(газ → нефть) при установившемся режиме течения
(при Swir )
Вытеснение газ → нефть (только kro )
Полупроницаемая
мембрана
вода → нефть
Полупроницаемая
мембрана
вода → нефть (ограниченная
кривая)
Вытеснение вода → нефть
(полная кривая)
Измерение угла смачивания
Метод Амотта
Метод USBM
Совместно Амотт – USBM
Неустановившийся режим нагнетания газа Swir
Вытеснение газ → вода до Swir
Неустановившееся заводнение
до Sgr
Вытеснение газ → вода до Swir
Промежуточные
значения kro и krw
Газ
Растворенный
газ
Расширение
газовой шапки
Концевые
значения krg и kro
Капиллярное
давление
впитывания
Спонтанное
Все
Смачиваемость
Хранение
газа/закачка
Концевые
значения
дренирования krg
Режим
водоносного
горизонта
Водопоглощение
Концевые значения krg и krw
при водопоглощении
Промежуточные
значения krg и kro
Под давлением
6
ГЛАВА 1
Таблица 1.2. Стандартные исходные данные для создания динамических моделей, получаемые в результате исследований керна (продолжение)
Коллектор
Флюид
Механизм
вытеснения
Капиллярное
давление
водопоглощения
Нефть и газ
Естественное
истощение
Параметры
Методы исследования
Промежуточные
значения krg и krw
Относительная проницаемость
вода → газ при неустановившемся режиме течения
Относительная проницаемость
вода → газ при установившемся режиме течения
Вытеснение вода → газ или декан (только krg )
Полупроницаемая мембрана
вода → газ
Вытеснение вода → газ или
декан
Вытеснение нефти водой (противоток)
Вытеснение вода → газ/декан
Пористость по гелию при меняющемся давлении
Пористость после насыщения
при меняющемся давлении
Одноосная (K0 ) сжимаемость
порового объема
Спонтанное
Под давлением
Сжимаемость
порового объема
нейшем модели строятся на некалиброванных и неподтвержденных корреляциях, полученных по результатам каротажей. С уверенностью можно сказать, что
отсутствие данных исследований керна ведет к большей неопределенности.
1.2.1. Причины и следствия
Исходя из большого опыта авторов в получении, проверке и интерпретации
данных исследований керна, проведенных в разные годы по всему миру, по самым скромным оценкам 70 % данных исследований керна не отвечают требованиям в силу их ненадежности, непригодности или неприемлемости. Это вызвано
целым рядом следующих факторов.
1. Плохая сопоставимость данных разных лабораторий в связи с отсутствием стандартизации в процедурах испытаний и зависимость данных от методов исследований, при помощи которых они были получены. Например,
существует четыре основных метода для определения пористости, при этом
в зависимости от размера и формы тестируемого образца результаты, получаемые при помощи данных методов, могут существенно отличаться.
1.2. Н ЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ДАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КЕРНА
7
2. Непродуманность программы исследований со стороны конечных пользователей, включая уместность и необходимость изучения керна, надежность
данных и их пригодность, а также плохое понимание практических трудностей, с которыми сталкиваются исследовательские лаборатории, а также коммерческие и технические ограничения, в которых эти лаборатории работают.
3. Изначально низкий уровень стандартов ведения отчетности, в соответствии
с которыми пользователи имели недостаточно информации об условиях
получения данных и их интерпретации, а также невозможность проверки
и подтверждения экспериментальных результатов.
4. Сильная рыночная конкуренция, которая вынудила коммерческие лаборатории получать аналитические данные надежными методами с меньшими
затратами и в более сжатые сроки. Конкурентная борьба вынуждала ограничивать инвестиции в оборудование и опытные научно-исследовательские работы, послужила причиной текучки кадров и плохого планирования преемственности управленческих кадров в некоторых коммерческих лабораториях.
В результате сравнительного анализа нескольких лабораторий авторы работы (Amabeoku, BinNasser, 2012) выявили, что некоторые сервисные подрядчики
предоставляли данные очень плохого качества, а многие лаборатории не имели собственных протоколов контроля качества. Исследователи рекомендовали
обеспечить строгий контроль поставщиков услуг и их вовлеченность в работу
по планированию и реализации программы исследований. В работе (McPhee,
Arthur, 1988) выявлены необъяснимые расхождения в данных об относительной
проницаемости, полученных разными коммерческими лабораториями, исследовавшими один и тот же керн и одни и те же жидкости. В одной лаборатории были
получены данные об остаточной нефтенасыщенности, которые невозможно было воспроизвести: по-видимому, результаты относительной проницаемости были
подогнаны под результаты, ожидаемые лабораторией. Для рутинных исследований керна (РИК) существует свод методических рекомендаций: API RP 40 (1988).
Однако, несмотря на наличие в нем подробного описания методов отбора, транспортировки, выбора и исследований керна, в нем вряд ли можно найти то, что
можно было бы назвать лучшими практиками, при этом рассматриваются только
РИК. В своде не рассмотрены специальные исследования керна (СИК). Зачастую
непонятно явное нежелание отрасли гармонизировать или стандартизировать методы исследований керна, в отличие, например, от исследований в области механики грунтов или механики горных пород, проводимых для целей строительства.
Желание не уступать в конкуренции и мнение, что каждый пласт (керн) уникален
и требует особого подхода, вероятно, объясняет отсутствие единого стандарта
исследований керна.
Тем не менее, скорее конечный пользователь (заказчик программы исследования керна), а не отсутствие стандартизации или некачественная работа лаборатории несет ответственность за сложившуюся ситуацию. Зачастую программы
8
ГЛАВА 1
исследований керна не продуманы, плохо спланированы и не обеспечены контролем, а результаты едва согласуются с данными, полученными по керну из других
скважин и пластов. Данные зачастую непредставительны и противоречивы.
По этой причине не стоит удивляться, что зачастую очень сложно убедить
руководство некоторых компаний, что проекту пойдут на пользу знания, полученные в результате исследований керна. Однако при соответствующем планировании и руководстве процессами отбора и изучения керна аналитические данные
следует рассматривать как основу для оценки месторождения.
1.2.2. Уменьшение неопределенности
Примеры лабораторных артефактов, представленные здесь, оказывают значительное влияние на интерпретацию петрофизических данных и описание пласта. Однако, используя опыт, знания и соответствующие диагностические инструменты, можно распознать и преодолеть имеющиеся неопределенности.
Авторы данной книги поставили перед собой цель помочь минимизировать неопределенности за счет использования лучших практик при исследованиях керна, контроле качества и интерпретации данных. Применение практик
и процедур, описанных авторами, в рамках интегрированного управления исследованиями керна позволит добиться существенных улучшений как конечным
пользователям, так и исследовательским лабораториям. В частности, совмещение
процедур лучших практик и проактивной организации работ:
• позволит улучшить связь и обмен информацией между исследовательскими
лабораториями и конечными пользователями;
• обеспечит лучшее понимание методов исследований керна и точности результатов;
• укажет более последовательный и надежный подход к сбору данных;
• уменьшит неопределенности и избыточность получаемой информации;
• обеспечит более прозрачный контроль исследовательских данных.
Это точно улучшит партнерские взаимодействия, позволит повысить эффективность презентаций планов и результатов исследований партнерам и, что особенно важно, обеспечит эффективность инвестиций в изучение керна. Это должно обеспечить существенное улучшение как качества данных, так и технического
взаимодействия с поставщиками аналитических услуг. По опыту авторов, избыточность данных может быть снижена с 70 до < 10 % (McPhee, 2012).
1.3. Структура управления исследованиями керна
1.3.1. Проектирование и планирование исследований керна
Часто отбор и исследование керна плохо спланированы. В большинстве
случаев инженер или геолог просто копирует частями предыдущие програм-
1.3. С ТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯМИ КЕРНА
9
мы без реального понимания той информации, которая будет получена в ходе
исследований, или степени ее применимости и представительности. При этом
они хотят контролировать программу исследований керна и часто не прислушиваются к советам поставщиков аналитических услуг, так как считают, что
им навязывают лишние ненужные исследования. Это согласуется с традиционной моделью отношений по типу хозяин (клиент) – слуга (лаборатория), где клиент всегда прав. Недостаточная или плохо спланированная программа приводит
к неудовлетворительным результатам, неполному или неправильному использованию полученных данных исследований керна. Правильная концепция, планирование и контроль программы могут существенно сократить избыточность информации. Петрофизики, геологи, инженеры по разработке, а также инженеры
по бурению и освоению должны войти в состав группы планирования вместе
с представителями лаборатории, которая будет реализовывать программу исследований. Привлечение исследовательских лабораторий к участию в регулярных
совещаниях и посещение лабораторий на этапах планирования, разработки и получения результатов для текущих проектов означает, что их реализация будет
лучше отвечать задачам, стоящим перед заказчиком, а также стороны будут лучше понимать важность получаемой информации для планирования и принятия
решений по технологиям разработки месторождения.
1.3.2. Важные аспекты разработки программы
Основные вопросы и факторы, которым следует уделить внимание перед
началом отбора керна и проектирования программы исследований:
1. Наличие проблемных областей, аномальных или сомнительных показателей
в существующей базе данных керна, которые требуют уточнения. Насколько
хорошо согласуются между собой керн, каротаж и данные исследований по
скважине и по резервуару в целом.
2. Необходимость особых мер при резке, отборе, транспортировке и хранении
керна. Например, какая скорость подъема керна предотвратит его от повреждений? Требуется ли отбор образцов на площадке скважины? Необходима ли
стабилизация керна для транспортировки? Каков риск изменения характеристик смачиваемости керна в результате воздействия жидкости, с применением которой выполняется отбор керна?
3. Как провести пробоподготовку керна для исследований? Повлияет ли выбор
методов подготовки на изменение петрофизических характеристик и как их
можно оценить?
4. Какие исследования керна действительно необходимо провести? Важно не
допустить выбора исследований из «меню» или по принципу «потому что
мы всегда так делали». Керн всегда разный и каждая программа исследования керна уникальна. Например, инженеры-разработчики должны знать,
10
ГЛАВА 1
для чего им требуется полная кривая относительной проницаемости. В некоторых случаях достаточно будет определить концевые значения.
5. Насколько корректно проведена интерпретация подрядчиком и можно ли ее
улучшить? Лабораторная интерпретация экспериментальных данных может
страдать субъективностью, ей может не хватать научной точности. Опрометчивая уверенность в точности лабораторных отчетов аналогична ситуации,
когда геологи, геофизики или инженеры-разработчики полностью полагаются на интерпретацию кабельного каротажа подрядчиком, выполнявшим
геофизические испытания, или на данные сервисной компании, проводившей исследование скважины, о пласте/давлении/расходе. В соответствии
с лучшими практиками следует проверить данные подрядчика и выполнять
свою собственную интерпретацию, однако это редко выполняется в отношении прямых исследований керна. Согласно работе (Harrison, 2010), когда
речь идет об интерпретации каротажа: «конечные пользователи не должны снимать с себя ответственность за интерпретацию». Это равно, если не
в большей степени, относится к данным исследований керна.
1.3.3. Основные пункты исследований керна
В ходе многочисленных проверок аналитических лабораторий постоянно
подчеркивается необходимость улучшения обмена информацией между лабораторией и заказчиком, а также необходимость обучения заказчика в области исследований керна и интерпретации получаемых данных. В частности, многие
подрядчики отметили, что зачастую сталкиваются с противоречивыми и взаимоисключающими указаниями, исходящими от специалистов различных служб
заказчика, и предпочли бы иметь дело с единым, осведомленным контактным
лицом, понимающим область применения и ограничения методов. Это позволит
обеспечить соблюдение требований к качеству данных и, что более важно, их
соответствие поставленной задаче. Контактное лицо со стороны заказчика будет выполнять функцию координатора между различными службами заказчика
и лабораторией, как показано на рис. 1.1.
Основные задачи контактного лица:
1) разработка программ исследований и составление сметы при содействии лаборатории;
2) подготовка обоснования затрат для руководства;
3) координация и согласование с инженерами по бурению и полевыми инженерами, а также с персоналом лаборатории процедур бурения с отбором керна,
его транспортировки и хранения;
4) разработка и уточнение методов исследований и форматов отчетов по предстоящим работам, включая документацию и сроки;
5) контроль эффективности работы подрядчика и их соответствие поставленным целям, задачам и результатам;
1.3. С ТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯМИ КЕРНА
11
Рис. 1.1. Основные шаги в схеме организации исследований керна
6) оперативный анализ и контроль данных, получаемых от подрядчика;
7) подготовка окончательного отчета, включая сопоставление результатов исследований керна с данными по другим скважинам и резервуару, а также
обеспечение корректной интерпретации и надежных данных исследований
керна, пригодных для создания статической и динамической моделей.
Лаборатория также должна назначить менеджера проекта, основными обязанностями которого будет выполнение требований заказчика, организация и контроль работ, документация по проекту, проверка технических условий исследований, лабораторных таблиц и аналитических данных. Важно перед передачей отчета заказчику провести коллегиальную оценку как промежуточных, так и окончательных данных.
1.3.4. Оперативный контроль качества
Регулярный контроль эффективности работы подрядчика и проверка качества получаемых данных позволит немедленно выявлять любые проблемы, сомнительные или противоречивые результаты с возможностью принятия корректирующих мер до завершения программы. После завершения будет уже слишком поздно, повторные исследования повлекут новые затраты, что приведет
к незаслуженному, но неизбежному недовольству в отношении работ, проведенных лабораторией. Отдел контроля подрядчика должен обеспечить полный учет
методов и процедур исследований, а также качество полученных результатов
исследований в лаборатории с возможностью проведения сквозной аудиторской
проверки. Все более частое использование передачи данных в цифровом формате и возможности «облачных» сайтов интернета позволяет значительно улучшить
контроль качества и обеспечить своевременное принятие решений.
12
ГЛАВА 1
1.4. Практические рекомендации по лабораторным исследованиям
керна. Общие сведения
Первая трудность при разработке программы изучения керна — это получение представительного кернового материала для лабораторных исследований.
Следует подробно спланировать программу отбора керна, учитывая его извлечение из пласта на поверхность, обращение с ним на поверхности, консервацию
и транспортировку до лаборатории. После доставки керна в лабораторию измерения могут проводиться различными методами, каждый из которых обладает
своими сильными и слабыми сторонами. Преимущества и недостатки, связанные
с каждым из основных методов, будут более подробно рассмотрены далее, так
как их четкое понимание является важным для оценки и комплексирования/интеграции данных о керне с данными каротажа.
Авторы поставили перед собой задачу представить читателю, по их мнению,
самые лучшие практики, используемые для исследования керна. В книге представлен практический обзор исследований керна, включая этапы от его отбора
на площадке скважины, лабораторные исследования и заканчивая результатами
и представлением данных. Предстоит ознакомиться и разобраться с различными
аналитическими методами и процедурами изучения как терригенных, так и карбонатных пород-коллекторов, используемых в коммерческих лабораториях, занимающихся исследованиями керна и изучающих геомеханику пласта.
В книге представлены отдельные коммерческие организации и оборудование, а также описания процедур и методик исследований. Это не означает, что
авторы рекомендует или одобряют представленные оборудование и материалы
в качестве самых лучших для проведения описываемых исследований.
1.4.1. Отбор керна, его транспортировка и пробоподготовка
Необходимым условием получения представительных и достоверных результатов лабораторных исследований является отбор качественного и неповрежденного керна. Даже самые лучшие петрофизические исследования окажутся
напрасными, если керн был поврежден или изменен. В книге представлено подробное описание и пояснения основных систем отбора керна и рекомендации,
как избежать повреждения керна на площадке скважины и во время транспортировки в лабораторию.
1.4.2. Подготовка образцов керна
Перед проведением большинства исследований образцы керна должны
пройти начальную очистку и сушку с целью удаления нефти и воды, выпавших
солей, фильтрата бурового раствора и загрязнений, влияющих на изменение смачиваемости. Выбор наиболее подходящего метода пробоподготовки зависит от
вещественно-структурных признаков породы, ее потенциальной смачиваемости
1.4. П РАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ КЕРНА 13
и возможных загрязнений в результате использования бурового раствора, влияющего на смачиваемость, а также от целей исследования. Основные методы очистки и сушки керна/образцов, а также методы, оборудование и типовые растворители, применяемые при этом, описываются в данной книге. Дается характеристика специализированных методов подготовки образцов для измерения пористости,
смачиваемости, а также консервации аутигенных глин и галитовых цементов.
1.4.3. Рутинные исследования керна
Рутинные, базовые или обычные исследования керна в основном включают в себя: измерение насыщенности керна флюидами, определение пористости
и абсолютной проницаемости с использование однофазных жидкостей, как правило, при атмосферных условиях на сухих образцах. Полученные результаты
в основном используются для описания характеристик породы-коллектора и для
сопоставления с данными каротажа. Рекомендованное исследовательское оборудование, процедуры исследований и требования к отчетности представлены для
основных РИК.
1.4.4. Специальные исследования керна
В книге представлены методы и процедуры для подготовки и описания тестовых флюидов для СИК (нефть, вода и газ), а также способы отбора представительных образцов и репрезентативных условий нагрузки.
Дано подробное описание основных методов исследования керна, как правило, входящих в СИК. Они включают в себя:
• определение пористости при напряжении;
• относительного сопротивления пласта;
• коэффициента увеличения сопротивления пласта;
• емкости катионного обмена (методами «мокрой химии», вытеснение катионов растворами солей);
• измерение капиллярного давления путем нагнетания ртути (при низком
и высоком давлении), метод полупроницаемоых мембран;
• методы измерения угла смачивания и методы Амотта и USBM (Горнорудное
управление США);
• исследования относительной проницаемости вода – нефть, газ – нефть и газ –
вода и вода – газ с использованием установившихся и неустановившихся режимов;
• ядерно-магнитный резонанс для калибровки результатов каротажа.
1.4.5. Исследования физико-механических свойств горных пород
Физико-механические свойства горных пород дают важную информацию
для оценки целостности пласта во время строительства скважин и их испытаний, а также для определения поведения пласта при отборе нефти, закачке воды
14
ГЛАВА 1
и на режиме истощения. Приводится описание методов, наиболее распространенных для определения основных механических свойств горных пород:
• прочности при одноосном сжатии,
• полноразмерного керна,
• прочности на разрыв,
• прочности при трехосном сжатии,
• сжимаемости порового объема,
• модуля упругости,
• гранулометрического состава.
1.4.6. Процедуры для контроля качества
Поскольку даже небольшие неопределенности лабораторных условий и измерений оказывают значительное влияние на основную информацию о керне,
в лабораторные отчеты СИК должно быть включено подробное описание выполненных процедур, используемых методик и оборудования, а также методов
обработки полученных данных. После каждого исследования или комплекса исследований также необходимо привести подробные сведения о калибровке приборов и уравнения, используемые для получения и анализа результатов прямых
измерений, для проверки в режиме «реального времени».
В книге перечислены требования к ведению лабораторной отчетности для
экспериментальных данных и результатов интерпретации, которые могут быть
использованы для проверки и подтверждения лабораторных исследований, а также для обеспечения альтернативной интерпретации. Как правило, лаборатории
предоставляют подобную информацию за дополнительную оплату, и хотя она
может никогда не использоваться, при проведении аудита она может оказаться
очень полезной.
Информация о прошлом образцов исследований может оказаться очень важной при оценке качества данных, особенно, если речь идет о породах, чувствительных к цикличным изменениям напряжений, а также несовместимости между породой и флюидом, хотя и расшифровка записей о том, что происходило
с образцом, из типовых отчетом может оказаться серьезной задачей. На рис. 1.2
представлен пример типового формуляра образца СИК, который иллюстрирует,
что происходило с образцом во время его подготовки и проведения анализов,
с предоставлением фотографий образца до и после исследований. В формуляре
также можно найти основные результаты. Более эффективный обмен информацией, фиксация необычных или аномальных данных в текстовом отчете, таблицах
и цифрах позволит конечному пользователю воспользоваться знаниями и опытом
лаборатории при изучении аналогичных по составу пород.
Процедуры диагностики контроля качества и презентации данных, благодаря которым можно выявить потенциально сомнительные или аномальные данные, представлены для большинства исследований РИК и СИК.
1.4. П РАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ КЕРНА 15
Рис. 1.2. Пример формуляра данных цилиндрического образца (предоставлено Woodside
Energy Limited)
1.4.7. Примеры программ исследований керна
В книге представлены формы типовых программ исследований РИК и СИК.
Они могут быть использованы в качестве проектов программ, которые могут
быть адаптированы и изменены, а также в качестве основы при планировании,
разработке и уточнении программ исследований керна пород-коллекторов нефти
и газа.
16
ГЛАВА 1
1.4.8. Преимущества
Основная задача настоящего методического указания по исследованиям керна — это дать инженерам-разработчикам, геологам и геофизикам, а также петрофизикам крепкую базу для сбора, оценки и использования представительных
данных РИК и СИК, а также необходимые знания для оценки качества и надежности данных исследований керна, используемых для оценки и описания параметров пласта.
Список литературы
Amabeoku, M., BinNasser, R.H., 2012. Quality control/quality assurance of core analysis
data from multiple commercial laboratories. In: SPE Saudi Arabian Section Technical
Symposium and Exhibition, April, 2012, SPE 160868.
American Petroleum Institute (API), 1988. Recommended Practice RP 40. Recommended
Practices for Core Analysis, second ed. API Publishing Services, Washington, DC.
Dake, L.P., 1991. Fundamentals of Reservoir Engineering. Elsevier Science Publishers,
Amsterdam.
Harrison, B., 2009. Formation evaluation. SPE J. Petrol. Technol. 61, 34.
Harrison, B., 2010. Formation evaluation. SPE J. Petrol. Technol. 62, 42.
McPhee, C.A., 2012. The core analysis elephant in the formation evaluation room. In: SPE
Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, USA, 8–10, October,
SPE 158087.
McPhee, C.A., Arthur, K.G., 1988. Relative permeability measurements: an inter-laboratory
comparison. In: European Petroleum Conference, London, October, 1994, SPE 28826.