Трассерный метод исследования


Изотов А.А., Афонин Д.Г.


ООО «Тюменский нефтяной

научный центр»

Трассерный метод исследования применяется на нефтяных месторождениях при исследовании фильтрационных потоков в пласте. Исследования выявляют схожие явления: высокую для пористой среды скорость движения меченой воды, неравномерную геометрию распределения потоков по площади залежи. Это до сих пор вызывает различные гипотезы у исследователей.
В работе на основе геолого-промыслового анализа и результатов исследований предлагается концепция распространения индикатора в терригенном пласте по техногенным трещинам авто-ГРП, снимающая противоречия и объединяющая гипотезы и факты. Предложен способ расчета параметров трещин с целью планирования изоляционных работ.
За 50 лет проведения исследований остается открытым вопрос о распространении индикатора в терригенном пласте. Проведение трассерных исследований в СССР начато с 1970-х гг. с целью контроля за разработкой месторождений Восточного Предкавказья и Нижнего Поволжья, представленных трещиноватыми известняками. Позднее исследования проведены на месторождениях с терригенным коллектором, в том числе Туймазинском. В трещиноватом известняке Старогрозненского месторождения скорость движения индикатора между скважинами лишь в отдельных случаях достигала 30 м/сут.
Случайный характер распределения густоты и раскрытости естественных трещин в объеме известняка не способствует формированию преимущественных направлений фильтрации. Этим можно объяснить результат исследований, зафиксированный на Брагунском месторождении, где за один год индикатор преодолел расстояние в 1 км. Напротив, скорость индикатора в терригенном коллекторе Туймазинского месторождения достигала 450 м/сут [1]. Отсюда авторы [2] делают вывод: «чем меньше трещин в пласте и чем более четкую направленность они имеют, тем благоприятнее условия для быстрых прорывов нагнетаемой воды».
В публикациях встречаются термины «высокопроницаемые пути фильтрации», «каналы быстрого транспорта воды» [3], что близко по смыслу, но говорит об отсутствии единого понятия. А.С. Трофимов объясняет высокую скорость движения индикатора от нагнетательных скважин к добывающим наличием каналов низкого фильтрационного сопротивления [4], но не раскрывает их физическую природу.
По мнению авторов данной статьи, каналы низкого фильтрационного сопротивления в терригенном пласте — это техногенные трещины, образованные в результате авто-гидравлического разрыва пласта (ГРП). Представления о формировании сквозных техногенных трещин авто-ГРП, описанные авторами [5], позволяют иначе взглянуть на результаты исследований. По сути, исследователи говорят об избирательном механизме движения индикатора в пористой среде, и трещина описывает физическую сущность явления.
Изыскания фиксируют схожие явления, которым исследователями даются разные объяснения:
  • высокая скорость движения индикатора к отдельным скважинам;
  • неравномерное по площади распространение количества индикатора между равноудаленными скважинами;
  • пики концентрации индикатора в отбираемых пробах воды.
Характерная для поровой среды скорость фильтрации составляет не более 2 м/сут. Высокие скорости движения меченых вод объясняют наличием высокопроницаемого пропластка в разрезе или недонасыщением коллектора. Ведь исследования проводятся на месторождениях, где наблюдается опережающая динамика обводнения скважин.


Моделирование распространения индикатора [6] показало, что задания высокопроницаемого слоя недостаточно. Недонасыщение пласта и фазовые проницаемости, благоприятные для движения воды в модели, уже при вводе скважины дают высокую входную обводненность, что не наблюдается по факту.

В модели вода с индикатором движется оторочкой. Тогда индикатор должен фиксироваться последовательно в добывающих скважинах по мере удаления от нагнетательной с концентрацией тем меньшей, чем дальше расположена скважина. На практике появление индикатора иногда не отмечается в ближайших скважинах, при этом он появляется в удаленных, как, например, на объекте АВ11-2 «рябчик» Самотлорского месторождения (рис. 1). Поступление индикатора в добывающие скважины при моделировании имеет один максимум при прохождении фронта, а дальше концентрация индикатора в попутной воде снижается — в итоге масса индикатора, извлеченная по расчету из реагирующих скважин, убывает от расстояния. Но на Кальчинском месторождении из скв. Х08 отобрано 44 и 69 % закачанного в скв. Х22 и Х02 индикатора, что на порядок выше скважин окружения. При исследовании на Талинском лицензионном участке (ЛУ) масса отобранного из одной добывающей скважины индикатора доходит до 80 % от массы закачанного. Воспроизвести такие результаты в модели возможно задав сквозную трещину, иначе индикатор рассеивается в пористой среде [6].
Рис. 1. Роза-диаграмма скоростей индикаторов

Вывод о сквозной трещине при гидропрослушивании сделан авторами [7]. На основе моделирования показано, что в пласте с проницаемостью 1 мД поровый пласт между трещиной авто-ГРП и призабойной зоной добывающей скважины не позволяет смоделировать зафиксированное возмущение. Отклик воспроизводится при условии сквозной трещины.

Показателен факт, зафиксированный протоколом заседания ТКР ХМАО от 16.03.2000 г. № 132. В декабре 1997 г. на Западно-Асомкинском месторождении в скв. № 147 и 173 объекта ЮС1 был закачан индикатор. Зафиксирована скорость движения индикатора от 16,3 до 197 м/час [4]. Для снижения обводненности продукции в нагнетательные скважины закачан водный раствор гипса. В соседних добывающих скважинах, находящихся на расстоянии 500 м, через непродолжительное время лопатки установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) были заклинены отложениями гипса, что вызвало остановку добычи. Отказ был вызван заклиниванием лопаток секций насоса отложениями гипса. Похожий случай зафиксирован на Самотлорском месторождении. Закачка волокнисто-дисперсной смеси выполнена в нагнетательные скважины элемента № 6 объекта АВ₁³+АВ₂₋₃. Через 45 суток реагенты были получены из скважин № 16236, 16238, 16193, расположенных на расстоянии 825 м, чем вывели УЭЦН в них из строя [8].

Очевидно, что фильтрация дисперсного раствора гипса и волокнисто-дисперсных смесей по поровой среде невозможна. Это является прямым подтверждением, что быстрое прохождение индикатора, а затем и реагентов от нагнетательных скважин к добывающим произошло по трещинам.
Индикатор вводят в нагнетательную скважину в один прием, а его поступление в добывающие скважины фиксируется в виде отдельных порций (пиков) высокой концентрации. Между пиками фиксируются пробы, в которых индикатор не выявлен. Количество пиков различно и может достигать 15, как, например, на Кальчинском месторождении [9]. Это превышает число пропластков, выявляемых по ГИС, из чего следует, что слоистость разреза не объясняет движение трассера [6].

Порционность поступления индикатора наталкивает на вывод, что его движение происходит разными путями. Так может быть, когда в пропластке (или нескольких) между добывающей и нагнетательной скважинами находится несколько трещин. Самая первая порция соответствует трещине, соединяющей скважины по кратчайшему расстоянию. На рисунке 2 показано идеализированное представление системы трещин, удобное для понимания. Отдельные авторы считают, что система трещин развивается не от забоя скважины, а от центральной трещины, совпадающей с главной линией тока. Объяснение поступления индикатора в виде порций, но в представлении системы цилиндрических каналов низкого фильтрационного сопротивления предлагают авторы в работе [10].
Рис. 2. Порционность индикатора в пробах — а; идеализированное представление, объясняющее природу пиков концентрации — b

Пример: закачка индикатора в скважину Х57 Кальчинского месторождения в 2005 и 2006 гг. (рис. 3). В 2005 г. индикатор в скв. Х58 зафиксирован 11 сопоставимыми порциями с суммарной долей отобранного индикатора 34,7 %.

Рис. 3. Пример «старения» системы трещин
В 2006 г. отбор жидкости по скв. Х58 интенсифицирован. Дебит воды вырос с 123 до 223 куб. м/сут. С первой порцией поступило около 30 % индикатора, а последующие имели концентрацию и долю индикатора ниже. Снижение скорости поступления первой порции с увеличением количества индикатора может свидетельствовать об увеличении раскрытости трещины, совпадающей с главной линией тока. В работе по обобщению результатов трассерных исследований в Западной Сибири [4] отмечается увеличение во времени сечения основного канала низких фильтрационных сопротивлений (НФС), сопровождающееся выносом механических примесей.
Таким образом, исследования выявляют систему техногенных трещин в пласте. По мере нагнетания воды происходит «старение» системы трещин.
При проведении и интерпретации результатов трассерных исследований принята методика СевКавНИПИнефть [11] на основе модели слоисто-неоднородного коллектора. Вывод о движении меченой воды по системе техногенных трещин позволяет иначе взглянуть на интерпретацию результатов исследований и выполнить оценку параметров трещин.
Средняя скорость для одномерного движения жидкости по прямолинейной трещине раскрытостью δ (м) и протяженностью l (м) определяется формулой Буссинеска:
где μ — вязкость, Па*с; ΔP — перепад давления, Па.

С другой стороны, скорость движения ν может быть определена как отношение протяженности ко времени движения t:
Отсюда получим связь длины трещины l, раскрытости и времени движения индикатора:
Формула (3) с приемлемой для экспресс-оценки точностью может быть использована для определения параметров трещин по результатам трассерных исследований.

Рассчитаем параметры трещин на примере результатов исследований объекта БВ8 Мыхпайского месторождения [12]. Закачка индикатора выполнена в скв. Х52 и Х89. Скважины работали с приемистостью порядка 1 000 куб. м/сут. Анализ проб на содержание индикатора проводили в
37 скважинах. Поступление зафиксировано в 11 из них, отстоящих от скв. Х89 на расстоянии от 950 до 1 700 м по истечении от 1 до 71 часа с момента закачки. Скорость движения индикатора в диапазоне от 46 до 6 194 м/час.

В скв. Х16, находящейся от скв. 45 на расстоянии L₁ = 1 700 м, время появления первой порции индикатора t₁ составило 24,1 часа. Перепад давления в процессе исследований составил 134 атм, вязкость воды в пластовых условиях 0,44 сПз. Это дает раскрытость трещины δ = 0,11 мм. Полученная величина близка к оценке от 0,1–0,5 мм, даваемой исследователями для незакрепленной трещины гидроразрыва породы водой, по результатам лабораторных и промысловых исследований. Примем эту оценку как среднюю для всех трещин в этой скважине.
Позднее в скв. Х16 наблюдались еще два пика роданистого аммония: через t₂ = 33 и t₃ = 48 часов после закачки индикатора. Тогда длины трещин определяются из формулы 3 с учетом полученного значения δ выражением L₂=1 971 м, L₃=2 377 м. При этом можно считать эти значения минимальными в предположении, что каналы представляются трещиной с раскрытостью 0,11 мм каждый.

Рассчитав длину трещин, оценим объем, приняв высоту трещины равной толщине коллектора для монолитного объекта. Для расчлененного объекта целесообразно привлечение материалов промыслово- геофизических исследований (ПГИ) и ГРП. В рассматриваемом примере при высоте трещины 12 м и по рассчитанным параметрам, приняв сечение прямоугольным, получаем:
V₁=2,2 куб.м, V₂=2,6 куб.м, V₁=3,1 куб.м.

Суммарный объем системы трещин от нагнетательной скважины позволяет оценить требуемый объем и состав для водоизоляционных работ. Знание раскрытости трещин позволяет подобрать размер дисперсных частиц и рассчитать давления, требуемые для продавки.

Отметим, что проведение водоизоляционных работ с последующим возобновлением закачки воды при давлении достаточном для гидроразрыва породы после деструкции изолирующих составов приводит к увеличению количества и объема системы трещин [13].
ИТОГИ
Авторами предложена своя версия концепции распространения индикатора в терригенном пласте по техногенным трещинам авто-ГРП. Предложен способ расчета параметров трещин с целью планирования изоляционных работ.
ВЫВОДЫ
  • Высокая скорость распространения индикатора (сотни метров в сутки) в объеме поровой среды может быть объяснена течением меченой жидкости по трещинам авто-ГРП.
  • Поступление индикатора с высокой для поровой среды скоростью в группу добывающих скважин при трассерных исследованиях может быть свидетельством их сообщения с системой трещин авто-ГРП, образованной исследуемой нагнетательной скважиной. Это понимание может служить дополнительным инструментом при совершенствовании системы заводнения.
  • Результаты исследований позволяют выполнить экспертную оценку параметров системы трещин.
ЛИТЕРАТУРА
1 Соколовский Э.В., Соловьев Г.Б., Тренчиков Ю.И. Индикаторные методы изучения нефтегазоносных пластов. М.: Недра, 1986. 157 с.
2 Соколовский Э.В. Теория и практика применения индикаторных методов при фильтрационных исследованиях и разработке нефтяных месторождений. М.: 1971. 360 с.
3 Кашик А.С., Билибин С.И. Ахапкин М.Ю. Клепацкий А.Р. Оптимизация системы заводнения с технологией селективной изоляции и нейтрализации каналов быстрого транспорта воды // Нефтяное хозяйство. 2008. № 3. С. 36–39.
4 Трофимов А.С. и др. авторы. Обобщение индикаторных (трассерных) исследований на месторождениях Западной Сибири // Территория нефтегаз. 2006. № 12. С. 72–77.
5 Изотов А.А. Афонин Д.Г. О техногенной трансформации продуктивных пластов вследствие повышенного давления нагнетания при заводнении // Нефтегазовое дело. 2021. № 5. С. 18–25.
6 Санников В.А. Курочкин В.И., Чертенков М.В. Мониторинг гидродинамических и трассерных исследований // Нефтяное хозяйство. 2013. № 7. С. 104–107.
7 Давлетбаев А.Я., Нуриев Р.И. Моделирование гидропрослушивания в скважинах с вертикальными техногенными магистральными трещинами гидроразрыва // Труды института механики им. Р.Р. Мавлютова УНЦ РАН. 2012. Т. 9. № 2. С. 43–46.
8 Бодрягин А.В. Регулирование процессов трещинообразования при закачке воды в пласт (на примере пласта АВ31+АВ2-3 Самотлорского месторождения). Тюмень: 2001. 156 с.
9 Кайгородов С.В., Кашапова Э.Р., Киршин В.Т., Павлова С.А. Оптимизация системы заводнения на месторождении на поздней стадии разработки с помощью модели линий тока // Конференция «Геология и разработка месторождений с трудноизвлекаемыми запасами». Геленджик. 2012. 18–21 сентября.
10 Коротенко В.А. Грачев С.И., Кряквин А.Б. Интерпретация результатов трассерных исследований с учетом конвективного массопереноса // Записки горного института. 2019. Т. 236. С. 185–193.
11 Соколовский Э.В., Зайцев В.И., Антонов Г.П. Методическое руководство по технологии проведения индикаторных исследований и интерпретации их результатов для регулирования и контроля процесса заводнения нефтяных залежей. Грозный: СевКавНИПИнефть, 1989. 87 с.
12 Трофимов А.С., Артамонова Г.Н. Трассерные исследования на месторождениях НГДУ «Черногорнефть» // Фонды Нижневартовск НИПИнефть. 1992. 142 с.
13 Ручкин А.А., Ягафаров А.К. Оптимизация применения потокоотклоняющих технологий на Самотлорском месторождении. Тюмень: Вектор Бук, 2004. 165 с.
Изотов А.А., Афонин Д.Г.

ООО «Тюменский нефтяной научный центр»

nakantemirova@tnnc.rosneft.ru
Материалы и методы
Ключевые слова
Для цитирования
Поступила в редакцию
УДК и DOI
Материалы: база данных геолого-промысловой информации, технологический режим работы скважин по месторождениям Российской Федерации.
Методы: геолого-промысловый анализ, построение аналитических зависимостей.
трассерные исследования, заводнение, обводненность, авто-ГРП
Изотов А.А., Афонин Д.Г. Механизм распространения индикатора в терригенном пласте при трассерных исследованиях // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 5. С. 31–34. DOI: 10.24412/2076-6785-2021-5-31-34
05.05.2021
УДК 553.98 (571.1)
DOI: 10.24412/2076-6785-2021-5-31-34

Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (8552) 92-38-33