Skip to content
Brent$117,6Газ TTF$1 192USD453,87 ₸
MunaiHub

Кітапхана әзірге орыс тілінде. Ағылшын және қазақ тілдеріндегі нұсқалары кейінірек қосылады.

ГеологияКорреляция и карты Орташа 17 мин оқу

Строение коллектора и поведение пласта при разработке

Архитектура коллектора (reservoir architecture) — форма, размеры, внутреннее строение и взаимное расположение тел пород-коллекторов и разделяющих их неколлекторов — от слоёв внутри песчаного тела до горизонтов и блоков залежи. В отечественной практике близкое понятие — макронеоднородность пласта: как коллекторы и неколлекторы распределены по площади и разрезу. От архитектуры зависит связность коллектора — какая часть его объёма соединена в одно целое и со скважинами.

Не үшін қажет

Архитектура решает, какую часть запасов скважины вообще «видят»: сколько песчаных тел вскрывает каждая скважина, получает ли добывающая скважина поддержку от нагнетательной, куда пойдёт закачанная вода и где останется нефть. От неё зависят число и размещение скважин, система заводнения, коэффициент извлечения и то, какой строить геологическую модель — слоистую или стохастическую с множеством вариантов. Многие неожиданности разработки — ранняя вода, скважины без отклика на закачку, быстрое падение давления — объясняются строением, которое не распознали заранее.

Алдымен оқыңыз:Корреляция скважин

Қысқаша негізгісі

  • Архитектуру описывают тремя вопросами: каковы тела (форма и размеры), как они сложены (порядок и наложение) и как соединены (связность, барьеры, перегородки). Ответы зависят от обстановки осадконакопления и от масштаба.
  • По соотношению размеров тел и расстояния между скважинами различают «слоёный пирог» (тела больше расстояния), «мозаику» (сравнимы) и «лабиринт» (много меньше). В отечественной практике макронеоднородность описывают коэффициентами песчанистости, расчленённости, литологической связанности и выдержанности.
  • Связность случайно расположенных тел растёт с долей коллектора не плавно, а резко около порога перколяции: в объёме — около 0,3, в плоском разрезе — около 0,67. Поэтому схема корреляции показывает тела разобщёнными там, где в объёме они уже соединены.
  • Доля коллектора, вскрытая скважинами, растёт с плотностью сетки; поддержка давления зависит ещё и от того, поперёк или вдоль вытянутых тел идут ряды нагнетательных и добывающих скважин.
  • Барьер останавливает поток на время разработки, перегородка лишь замедляет. За геологическое время перегородка выравнивает давления и контакты, поэтому одинаковые начальные давления не доказывают, что блоки будут сообщаться при добыче.
  • Строение видно в работе скважин: ранняя вода по сообщающимся проницаемым телам, скважины без отклика на закачку, быстрое падение давления в изолированных блоках, нефть в невскрытых телах.
Негізгі қатынастар
C=Vmax⁡Vк,Cw=VwVкC = \dfrac{V_{\max}}{V_{\text{к}}},\qquad C_w = \dfrac{V_w}{V_{\text{к}}}

связность: доля коллектора в наибольшем теле и доля, связанная со скважинами

Kпес=hэфhобщ,Kр=1N∑i=1NniK_{\text{пес}} = \dfrac{h_{\text{эф}}}{h_{\text{общ}}},\qquad K_{\text{р}} = \dfrac{1}{N}\sum_{i=1}^{N} n_i

песчанистость и расчленённость горизонта

τ=Vp ctT,T=kbAμ b\tau = \dfrac{V_p\,c_t}{T},\qquad T = \dfrac{k_b A}{\mu\,b}

время выравнивания давления блока через перегородку

Жиі қателіктер
  • Считать тела разобщёнными только потому, что они не соединяются на схеме корреляции: в объёме тела соединяются при меньшей доле коллектора.
  • Считать, что одинаковые начальные давления и контакты доказывают сообщаемость блоков при разработке.
  • Переносить связность с одной сетки скважин на другую: доля коллектора, вскрытая скважинами, зависит от их плотности.
  • Принимать плотный прослой в керне одной скважины за выдержанный барьер.
  • Располагать ряды нагнетательных скважин, не зная, куда вытянуты песчаные тела.

Сабақтан кейін сіз

  • описать формы и размеры песчаных тел разных обстановок осадконакопления и иерархию масштабов строения — от слойка до залежи — и сказать, какой масштаб важен для какого решения;
  • объяснить, что такое связность коллектора, почему она меняется с долей коллектора скачком (перколяция) и почему разрез между скважинами занижает связность;
  • оценивать по модели, какую часть коллектора вскрывают скважины при данной сетке и как ориентировка рядов нагнетательных и добывающих скважин относительно вытянутых тел меняет поддержку давления;
  • различать барьеры и перегородки, распознавать изолированные блоки и оценивать по времени выравнивания давления, сообщаются ли блоки при разработке и сообщались ли за геологическое время;
  • связывать признаки в работе скважин — раннюю воду, отсутствие отклика на закачку, быстрое падение давления, невыработанные зоны — со строением коллектора и выбирать меры.

Тела, их сложение и связи

Коллектор — не сплошной «пласт» с одним набором свойств, а постройка из песчаных тел разной формы и размера, сложенных друг на друга, частично размытых и разделённых глинами. Описывая её, отвечают на три вопроса: каковы тела — форма, ширина, длина, толщина, внутренние слои; как они сложены — лежат ли раздельно или наложены и врезаны друг в друга; как соединены — где они соприкасаются песком, где их разделяют глины, плотные пропластки или разломы.

Ответы зависят от масштаба: что на одном масштабе неоднородность внутри тела, то на другом — граница между телами. Удобно мыслить иерархией, в которой каждый уровень сложен элементами предыдущего (масштабы неоднородности).

Уровни строения обломочного коллектора
Уровень
Слойки и косые серии
Размеры
мм — дм
Что разделяет
смена размера зёрен, слюдистые и глинистые слойки
Что решает
kv/khk_v/k_h, остаточная нефть
Уровень
Элемент: русловая отмель, устьевой бар, лопасть
Размеры
метры по толщине, десятки — сотни метров по площади
Что разделяет
глинистые покровы, эрозионные поверхности
Что решает
вертикальный охват, конусы воды и газа
Уровень
Песчаное тело, пояс русел, береговой бар
Размеры
метры — десятки метров; сотни метров — километры
Что разделяет
пойменные и межрусловые глины
Что решает
связность, сетка скважин
Уровень
Горизонт, пачка
Размеры
десятки метров; километры — десятки километров
Что разделяет
выдержанные глины поверхностей затопления
Что решает
объекты разработки, перетоки
Уровень
Залежь и её блоки
Размеры
километры
Что разделяет
разломы, выклинивание, смена фаций
Что решает
раздельные блоки, запасы

Порядки величин. Элементы — генетические единицы урока о фациях (Фации, фациальные последовательности и литологические колонки); как свойства меняются внутри элементов — в уроке Качество коллектора: геологические факторы пористости и проницаемости.

Для разработки пласт часто делят на гидродинамические единицы (flow units) — прослеживаемые между скважинами пачки со сходными свойствами и общим поведением при течении, включающие и коллектор, и прослои неколлектора. Это понятие удобнее всего там, где пачки выдержаны, — в «слоёном пироге». Не путайте их с гидравлическими единицами — типами пород по индикатору зоны потока (типы пород): тип породы описывает поры и может встречаться по всему разрезу, а гидродинамическая единица — это место в разрезе.

Форма и размеры песчаных тел

Песчаные тела по форме в плане и разрезе делят на покровы (sheets) — широкие и протяжённые во все стороны, пояса и полосы (belts) — вытянутые вдоль течения или берега, ленты (ribbons, shoestrings) — узкие тела русел, лопасти (lobes) — веерообразные тела в устьях и на конусах выноса, линзы (pods) — небольшие изолированные тела. Для тел русел важно отношение ширины к толщине: у лент оно меньше примерно 15, у покровов — больше, нередко во много раз.

Песчаные тела главных обстановок осадконакопления
Обстановка
Эоловые дюны и эрги
Тела
покровы и клинья дюнных комплексов
Толщина тела
метры — десятки метров
Протяжённость
километры — десятки километров
Обстановка
Реки с разветвлённым руслом
Тела
наложенные русла и отмели, сливающиеся в покровы
Толщина тела
метры; пояса — десятки метров
Протяжённость
сотни метров — километры
Обстановка
Меандрирующие реки
Тела
русловые отмели и пояса меандрирования среди пойменных глин
Толщина тела
несколько метров
Протяжённость
русло — десятки — сотни метров, пояс — до километров
Обстановка
Дельты
Тела
рукава (ленты) и устьевые бары (лопасти)
Толщина тела
метры
Протяжённость
рукава — десятки — сотни метров, бары — сотни метров — километры
Обстановка
Береговой склон, пляжи, бары
Тела
покровы, вытянутые вдоль берега
Толщина тела
метры — десятки метров
Протяжённость
километры поперёк берега, десятки километров вдоль
Обстановка
Приливные каналы и отмели
Тела
ленты и линзы
Толщина тела
метры
Протяжённость
десятки — сотни метров
Обстановка
Подводные конусы выноса
Тела
каналы (ленты) и лопасти (покровы)
Толщина тела
метры — десятки метров
Протяжённость
каналы — сотни метров — километры, лопасти — километры — десятки километров

Ориентировочные порядки величин для первого суждения. Размеры конкретного пласта берут по аналогам того же бассейна, обнажениям, сейсмике и корреляции; сами обстановки разобраны в темах Континентальные обстановки: эоловые и речные и Прибрежные, мелководные и глубоководные обстановки.

Толщину тела измеряют по керну и каротажу, но мощный песчаник часто сложен несколькими наложенными телами, и толщина одного тела меньше толщины пачки (Фации, фациальные последовательности и литологические колонки). Ширину и длину в скважинах почти не измерить. Их оценивают по аналогам — обнажениям и современным рекам и побережьям, где известны связи ширины русла с его глубиной, — по сейсмике, когда тела толще её разрешения или выделяются на картах сейсмических атрибутов, по исследованиям скважин, где узкое тело проявляется как канал с параллельными границами (Несколько границ: параллельные разломы и клиновидные блоки), и по поведению скважин при разработке. Вероятность того, что тело, вскрытое одной скважиной, дойдёт до соседней, оценивают по ширине тела и расстоянию между скважинами (выбор модели корреляции).

«Слоёный пирог», «мозаика» и «лабиринт»

При корреляции разрезов различают «слоёный пирог» и «мозаику» (модели корреляции). Для разработки к ним добавляют третий случай — «лабиринт» (labyrinth): тела много меньше расстояния между скважинами, соединены редко и нередко лишь через тонкие плохие пески. Детерминированно их не сопоставить; строение описывают статистически — моделями с множеством равновероятных вариантов, — а связность тел со скважинами становится главной неопределённостью.

Три типа строения коллектора в модели: разрезы поперёк тел«Слоёный пирог»: тела 2,5 км × 5,0 км × 3 мдоля коллектора 0,55; связано со скважинами 100 %«Мозаика»: тела 700 м × 1,8 км × 4 мдоля коллектора 0,61; связано со скважинами 100 %«Лабиринт»: тела 150 м × 400 м × 2 мдоля коллектора 0,20; связано со скважинами 71 %коллектор, связанный со скважинамине связанный ни с однойнеколлектор500 мСкважины через 500 м; толщина разреза 40 м

Три горизонтальные полосы-разреза длиной 3 километра и толщиной 40 метров друг под другом, через каждый проходят шесть вертикальных скважин. Верхний разрез, слоёный пирог: тела 2,5 на 5 километров толщиной 3 метра, доля коллектора 0,55; широкие пласты тянутся через все скважины, со скважинами связан весь коллектор. Средний, мозаика: тела 700 метров на 1,8 километра толщиной 4 метра, доля 0,61; тела прилегают друг к другу, со скважинами связан весь коллектор. Нижний, лабиринт: тела 150 на 400 метров толщиной 2 метра, доля 0,20; мелкие разрозненные линзы, со скважинами связан 71 процент коллектора, остальные линзы окрашены как не связанные ни с одной скважиной.

ЕсептеуТри типа строения в одной и той же модели урока — разрезы поперёк тел через ряд скважин, расставленных через 500 м. Цветом показан коллектор, связанный хотя бы с одной скважиной сетки в объёме блока, и коллектор, не связанный ни с одной. Вертикальный масштаб увеличен в 15 раз.
Три типа строения
Тип
«Слоёный пирог» (layer-cake)
Тела и связи
выдержанные пласты, толщина меняется плавно
Корреляция
надёжная по каротажу
Модель и разработка
слоистая модель; даже редкая сетка вскрывает почти весь коллектор
Тип
«Мозаика» (jigsaw)
Тела и связи
тела сравнимы с расстоянием между скважинами и прилегают друг к другу; местами — плотные контакты
Корреляция
нужен фациальный анализ; несколько версий
Модель и разработка
модель с телами и перегородками; уплотнение сетки окупается выборочно
Тип
«Лабиринт» (labyrinth)
Тела и связи
мелкие тела и линзы, соединённые редко и через плохие пески
Корреляция
ненадёжна даже при расстоянии в сотни метров
Модель и разработка
стохастическая модель с многими вариантами; плотная сетка

Это части непрерывного ряда, а не строгие классы: один пласт может менять тип по разрезу и по площади.

В отечественных проектах разработки макронеоднородность горизонта описывают числами, которые считают по всем скважинам и картам:

Коэффициенты макронеоднородности
Kпес=∑hэф∑hобщ,Kр=1N∑i=1Nni,Kсв=SсвS,Kлв=SкSK_{\text{пес}} = \frac{\sum h_{\text{эф}}}{\sum h_{\text{общ}}},\qquad K_{\text{р}} = \frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N} n_i,\qquad K_{\text{св}} = \frac{S_{\text{св}}}{S},\qquad K_{\text{лв}} = \frac{S_{\text{к}}}{S}
мұндағы:
  • KпесK_{\text{пес}}коэффициент песчанистости — доля коллектора в разрезе (net-to-gross), —
  • hэф, hобщh_{\text{эф}},\ h_{\text{общ}}эффективная толщина (сумма прослоев-коллекторов) и общая толщина горизонта в скважине, м
  • KрK_{\text{р}}коэффициент расчленённости — среднее число прослоев-коллекторов на скважину, —
  • ni, Nn_i,\ Nчисло прослоев-коллекторов в ii-й скважине; число скважин, —
  • KсвK_{\text{св}}коэффициент литологической связанности (слияния) — доля площади, где соседние пласты сливаются, без разделяющего неколлектора, —
  • KлвK_{\text{лв}}коэффициент литологической выдержанности — доля площади, где пласт представлен коллектором, —
  • Sсв, Sк, SS_{\text{св}},\ S_{\text{к}},\ Sплощадь участков слияния, площадь распространения коллектора, площадь залежи, км²

Бірліктер: безразмерные; толщины и площади в одинаковых единицах

Мына жағдайда орындалады
  • коэффициенты считают для пласта или горизонта, выделенного корреляцией;
  • KпесK_{\text{пес}} зависит от граничных значений, по которым выделен коллектор (граничные значения); здесь он посчитан с весом толщин;
  • KсвK_{\text{св}} и KлвK_{\text{лв}} берут с карт, построенных по скважинам, поэтому их точность ограничена плотностью сетки;
  • в части методик площадь слияния относят не ко всей площади залежи, а к площади распространения коллекторов пласта, — сравнивая объекты, проверяют, как посчитан KсвK_{\text{св}}.

Чем меньше песчанистость и выдержанность и чем больше расчленённость, тем сложнее строение. Kр=1K_{\text{р}} = 1 — горизонт из одного пласта; большие значения — много тонких прослоев. Связанность показывает, где соседние пласты сообщаются по вертикали через «окна слияния». Эти числа удобны для сравнения объектов, но не говорят, как тела соединены в объёме, — для этого нужны модели связности (следующий раздел).

Есептеу мысалыМакронеоднородность горизонта по пяти скважинам
Бастапқы деректер (шартты)
Общая толщина горизонта, м
42; 45; 40; 44; 39
Эффективная толщина, м
18; 23; 14; 21; 16
Число прослоев-коллекторов
4; 3; 6; 4; 5
Шешім
  1. Песчанистость: Kпес=(18+23+14+21+16)/(42+45+40+44+39)=92/210=0,44K_{\text{пес}} = (18 + 23 + 14 + 21 + 16)/(42 + 45 + 40 + 44 + 39) = 92/210 = 0{,}44.
  2. Расчленённость: Kр=(4+3+6+4+5)/5=22/5=4,4K_{\text{р}} = (4 + 3 + 6 + 4 + 5)/5 = 22/5 = 4{,}4.
  3. Средняя толщина одного прослоя-коллектора: 92/22=4,292/22 = 4{,}2 м; в скважине № 3 — 14/6=2,314/6 = 2{,}3 м.
Жауап: Песчанистость около 0,44, расчленённость 4,4: горизонт сложен четырьмя-пятью прослоями коллектора средней толщиной около 4,2 м.

Бұл нені білдіреді. Такой разрез — переслаивание: коллектор занимает меньше половины толщины и разбит на несколько прослоев. Сообщаются ли они между скважинами, по этим числам не сказать: всё зависит от размеров тел и от того, сливаются ли прослои. Но доля коллектора около 0,4 лежит как раз в той области, где связность в объёме меняется с ней резче всего (следующий раздел), поэтому для такого горизонта модель связности и проверка давлениями особенно важны. Данные примера условные.

Связность и доля коллектора: перколяция

Связность (connectivity) коллектора — доля его объёма, соединённая в одно целое. Различают статическую связность — по геометрии тел — и динамическую, при которой учитывают ещё и то, насколько хорошо тела проводят флюид друг в друга. Здесь речь о статической.

Меры связности
C=Vmax⁡Vк,Cw=VwVкC = \frac{V_{\max}}{V_{\text{к}}},\qquad C_w = \frac{V_w}{V_{\text{к}}}
мұндағы:
  • CCдоля коллектора в наибольшем связном теле, доли единицы
  • Vmax⁡V_{\max}объём наибольшего связного тела, м³
  • VкV_{\text{к}}объём всего коллектора, м³
  • CwC_wдоля коллектора, связанная хотя бы с одной скважиной, доли единицы
  • VwV_wобъём тел, вскрытых скважинами или соединённых с ними, м³

Бірліктер: доли единицы

Мына жағдайда орындалады
  • тела связаны, если соприкасаются песком по поверхности; касание ребром или точкой не считается;
  • статическая связность: учитывает геометрию тел, но не проницаемость контактов и перегородки внутри тел.

CC показывает, есть ли в пласте одно большое тело, — это свойство геологии. CwC_w показывает, сколько коллектора доступно данной сетке скважин, — это свойство геологии и сетки вместе.

Пока песчаных тел мало, каждое лежит само по себе. С ростом доли коллектора тела начинают касаться и сливаться в группы, и при некоторой доле одна группа впервые протягивается через весь пласт. Это порог перколяции (percolation threshold; в отечественной физической литературе — порог протекания). Около него связность меняется резко: немного ниже порога в наибольшем теле лишь малая часть коллектора, немного выше — большая часть. Для одинаковых тел, расставленных случайно и свободно перекрывающихся, теория даёт порог около 0,28–0,29 доли объёма в пространстве и около 0,67–0,68 доли площади на плоскости.

Разница между пространством и плоскостью объясняет частую ошибку. Схема корреляции — плоский разрез: тела на ней могут соединиться только в её плоскости. В объёме они соединяются в обход — через соседние разрезы, — поэтому порог вдвое с лишним ниже. Проверим это на модели.

Модель урока
  1. 1
    Блок

    3 × 3 км по площади и 40 м по толщине, ячейки 50 × 50 × 1 м.

  2. 2
    Тела

    пояса русел 300 м шириной, 1200 м длиной и 4 м толщиной, вытянутые в одном направлении; их бросают в блок в случайных местах, пока доля коллектора не достигнет заданной; перекрывающиеся тела сливаются.

  3. 3
    Связи

    тела связаны, если их ячейки касаются гранью; для каждой реализации находят связные группы ячеек в объёме и в вертикальном разрезе поперёк тел через середину блока.

  4. 4
    Статистика

    для каждой доли коллектора — 40 реализаций с воспроизводимыми случайными числами; в примерах — средние по ним (подробнее — в дополнительном разделе).

Есептеу мысалыСвязность в объёме и в разрезе
Бастапқы деректер (шартты)
Модель
описана выше; по 40 реализаций на каждую долю коллектора
Доля коллектора
0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,7
Шешім
  1. При доле 0,2 в наибольшем теле блока 0,20 всего коллектора, в разрезе 0,17: тела разобщены и там, и там.
  2. При доле 0,3 — 0,40 в объёме и 0,21 в разрезе; при 0,4 — 0,81 и 0,24; при 0,5 — 0,97 и 0,35.
  3. При доле 0,7 связан и разрез: 0,88 (в объёме 1,00).
  4. Разброс: при доле 0,3 стандартное отклонение CC между реализациями 0,14, стандартная ошибка среднего — около 0,02. Средние известны примерно с этой точностью, а отдельные реализации различаются сильно.
Жауап: В объёме связность растёт резко между долями коллектора 0,25 и 0,45: при 0,4 в одном теле уже 0,81 коллектора, а в разрезе через тот же блок — лишь 0,24. Разрез «догоняет» объём только к доле около 0,7.

Бұл нені білдіреді. Схема корреляции — плоский разрез. В «мозаике» с долей коллектора 0,4–0,5 она покажет разобщённые тела, хотя в объёме большая часть коллектора уже соединена в обход плоскости схемы; вывод «тела не связаны» по одной схеме занижает связность и завышает число нужных скважин. Модель, наоборот, считает сообщающимся любой контакт песков, тогда как на деле тела бывают разделены глинистым покровом или галькой глин на эрозионной поверхности, — в эту сторону она связность завышает. Порог в модели размыт, потому что блок всего в 2,5 раза длиннее тела; в бесконечном блоке переход был бы резче. Разброс между реализациями — напоминание, что связность конкретного пласта известна лишь вероятностно. Данные модели условные.

Доля коллектора в наибольшем связном теле: блок и разрез, средние по 16 реализациям0,00,20,40,60,80,00,20,40,60,81,0Доля коллектора (NTG)Доля в наибольшем телев объёме блокав разрезе≈ 0,28≈ 0,67

График: по горизонтали доля коллектора от 0 до 0,9, по вертикали доля коллектора в наибольшем теле от 0 до 1. Кривая для объёма держится около 0,15–0,2 до доли 0,2, круто поднимается между 0,25 и 0,45 и выходит почти на 1 к 0,5. Кривая для разреза остаётся на уровне 0,15–0,3 до доли 0,5 и поднимается круто между 0,5 и 0,75. Вертикальные пунктиры отмечают пороги около 0,28 и 0,67.

ЕсептеуДоля коллектора в наибольшем связном теле в зависимости от доли коллектора: в объёме блока модели и в вертикальном разрезе через него (средние по 16 реализациям). Пунктирные вертикали — пороги перколяции для одинаковых случайно расположенных тел в неограниченном пространстве и на плоскости. При малой доле коллектора обе кривые отражают лишь размер самого крупного из немногих тел.

Реальные тела не одинаковы и расположены не случайно: русла собираются в пояса и врезаются друг в друга, тела вытянуты в одном направлении, крупные и мелкие перемешаны. Всё это сдвигает порог и делает его менее резким, поэтому связность конкретного пласта оценивают моделями с его размерами тел и долей коллектора и проверяют давлениями и поведением скважин.

Сколько коллектора видят скважины

Добычу дают не все связанные тела, а лишь те, что вскрыты скважинами или соединены с ними. Доля коллектора, связанная со скважинами, CwC_w, растёт с плотностью сетки. При заводнении важна ещё и поддержка давления: тело работает с поддержкой, только если оно связано и с нагнетательной, и с добывающей скважиной. Тела, связанные лишь с добывающими, отдают нефть на истощение, лишь с нагнетательными — принимают воду без пользы для добычи.

Есептеу мысалыСетка скважин и поддержка давления в «мозаике»
Бастапқы деректер (шартты)
Модель
та же, доля коллектора 0,3; по 40 реализаций
Скважины
вертикальные, по квадратной сетке через 1000, 500 и 250 м — 1, 4 и 16 скважин на км²
Заводнение
рядное: ряды нагнетательных и добывающих скважин чередуются; ряды идут либо поперёк тел (вода движется вдоль них), либо вдоль тел (вода движется поперёк)
Шешім
  1. Доля коллектора, связанная со скважинами: при 1000 м — 0,86, при 500 м — 0,95, при 250 м — 0,99.
  2. Ряды поперёк тел: с нагнетательной и добывающей скважинами связаны 0,68 коллектора при 1000 м и 0,92 при 500 м.
  3. Ряды вдоль тел: 0,48 и 0,74.
  4. При 500 м и рядах вдоль тел 0,11 коллектора связано только с добывающими скважинами — эти тела будут работать на истощение, — и 0,11 только с нагнетательными.
Жауап: Плотность сетки решает, сколько коллектора вскрыто: от 0,86 при одной скважине на км² до 0,99 при шестнадцати. Ориентировка рядов решает, сколько из вскрытого получает поддержку: при 500 м — 0,92 при рядах поперёк тел и 0,74 при рядах вдоль тел.

Бұл нені білдіреді. Переход от одной скважины на км² к четырём добавляет около 0,10 вскрытого коллектора, от четырёх к шестнадцати — ещё лишь около 0,04: уплотнение окупается, пока вскрывает несвязанные тела. Направление вытянутости тел узнают по фациальной модели, палеотечениям в керне и на скважинных имиджах (Первичные осадочные текстуры), по сейсмике и гидропрослушиванию. Ряды поперёк тел дают лучшую поддержку, но вода быстрее идёт вдоль тех же тел к добывающим скважинам: связность и охват — разные вопросы, охват рассчитывают отдельно (Вытеснение в неоднородных пластах). Модель считает связью любой контакт тел и не учитывает их проницаемость, поэтому реальная поддержка будет хуже рассчитанной. Данные модели условные.

Барьеры и перегородки

Барьер (barrier) — преграда, непроницаемая для потока на время разработки: выдержанная глина, плотный сплошной пропласток, экранирующий разлом. Перегородка (baffle) — преграда, которая замедляет поток или заставляет его обходить себя, но не останавливает: прерывистые глинистые прослои, глинистые покровы на границах наложенных тел, плотные конкреции, частично проводящие разломы (Частично проводящие разломы). Одна и та же порода может быть барьером или перегородкой — решают её протяжённость и непрерывность.

Барьеры и перегородки в обломочных коллекторах
Что
Глины поверхностей затопления
Где
морские и дельтовые толщи
Протяжённость
километры — десятки километров
Как действует
разделяют пласты по вертикали; чаще барьеры
Что
Пойменные и межрусловые глины
Где
речные толщи
Протяжённость
сотни метров — километры
Как действует
перегородки между поясами русел; поток их обходит
Что
Глинистые покровы и галька глин на эрозионных поверхностях
Где
наложенные русла
Протяжённость
десятки — сотни метров
Как действует
перегородки между ярусами одного тела
Что
Глинистые слойки на склонах русловых отмелей
Где
меандрирующие реки
Протяжённость
метры — десятки метров
Как действует
наклонные перегородки внутри тела
Что
Карбонатные конкреции и сцементированные пропластки
Где
ранний цемент (погружение)
Протяжённость
метры — сотни метров
Как действует
перегородки, иногда барьеры
Что
Разломы
Где
любые толщи
Протяжённость
сотни метров — километры
Как действует
барьеры или перегородки (Разломы)

Протяжённость — порядки величин. Для барьера важнее всего непрерывность: выдержанная глина толщиной в десятки сантиметров разделяет пласты надёжнее, чем метровый прослой с промоинами.

Перегородки внутри пачки снижают её вертикальную проницаемость тем сильнее, чем длиннее они по сравнению с промежутками между ними, и решают, успевают ли слои обмениваться флюидом на расстоянии между скважинами (эффективное отношение длины к толщине). Барьеры позволяют разрабатывать пласты раздельно, сдерживают конусы воды и газа (Конусообразование воды и газа), но и отрезают части пласта от закачки.

Узнают барьеры по замерам давления по разрезу в уже работающем пласте: если давление выше и ниже прослоя отличается, прослой разделяет пласты (Замеры давления опробователем пластов на кабеле; подробнее — в теме Замеры давления в разрабатываемых пластах: барьеры и точность). Помогают профили притока и приёмистости, вертикальное гидропрослушивание между интервалами и история прорывов воды и газа. Плотный прослой в керне одной скважины ничего не говорит о его протяжённости.

Изолированные блоки залежи

Изолированный блок (compartment) — часть залежи, которая не сообщается с остальными за время разработки. Блоки бывают стратиграфическими — разобщённые тела, выклинивания, барьеры по разрезу — и структурными — разломы-экраны (Разломы); часто действуют обе причины.

Сообщаемость зависит от времени. За миллионы лет даже плотная перегородка успевает выровнять давления и контакты по обе стороны, поэтому одинаковые начальные давления не доказывают, что блоки будут сообщаться при добыче. Оценку даёт время выравнивания давления — постоянная времени блока, соединённого с соседним пластом через перегородку.

Постоянная времени блока за перегородкой
τ=Vp ctT,T=kb Aμ b\tau = \frac{V_p\,c_t}{T},\qquad T = \frac{k_b\,A}{\mu\,b}
мұндағы:
  • τ\tauпостоянная времени: за это время перепад давления между блоком и соседним пластом уменьшается в e≈2,72e \approx 2{,}72 раза, с
  • VpV_pпоровый объём блока, м³
  • ctc_tобщая сжимаемость пород и флюидов блока, 1/Па
  • TTпроводимость перегородки — расход через неё на единицу перепада давления, м³/(с·Па)
  • kbk_bпроницаемость перегородки, м²
  • AAплощадь перегородки поперёк потока — длина границы, умноженная на её высоту, м²
  • μ\muвязкость флюида, перетекающего через перегородку, Па·с
  • bbширина (толщина) перегородки по направлению потока, м

Бірліктер: СИ

Мына жағдайда орындалады
  • давление внутри блока одинаково — блок много проницаемее перегородки;
  • давление по другую сторону постоянно: соседний пласт много больше блока или поддерживается закачкой; если блоки соизмеримы, VpV_p заменяют на V1V2/(V1+V2)V_1V_2/(V_1 + V_2);
  • течение через перегородку однофазное и почти установившееся; сжимаемостью самой перегородки пренебрегают.

Перепад давления между блоком и соседом затухает как e−t/τe^{-t/\tau} (вывод — в дополнительном разделе). Если τ\tau много больше срока разработки, блок работает отдельно, если много меньше — как часть общего пласта. За геологическое время — сотни тысяч и миллионы лет — почти любая перегородка успевает выровнять давление.

Басқа бірліктер жүйелерінде (1)
Метрические промысловые единицы
T [м3/(сут⋅МПа)]=0,0853 kb [мД]  A [м2]μ [мПа⋅с]  b [м],τ [сут]=Vp [м3]  ct [МПа−1]TT\,[\text{м}^3/(\text{сут}\cdot\text{МПа})] = 0{,}0853\,\frac{k_b\,[\text{мД}]\;A\,[\text{м}^2]}{\mu\,[\text{мПа·с}]\;b\,[\text{м}]},\qquad \tau\,[\text{сут}] = \frac{V_p\,[\text{м}^3]\;c_t\,[\text{МПа}^{-1}]}{T}

kbk_b — мД, AA — м², μ\mu — мПа·с, bb — м, VpV_p — м³, ctc_t — 1/МПа.

0,08530{,}0853 — та же постоянная, что в законе Дарси в метрических промысловых единицах (закон Дарси).

Есептеу мысалыСообщаются ли блоки — при добыче и за геологическое время
Бастапқы деректер (шартты)
Блок
1500 × 800 м, толщина 20 м, пористость 0,20; общая сжимаемость 1,5⋅10−31{,}5\cdot10^{-3} МПа⁻¹
Перегородка
полоса глинистого песчаника шириной 50 м вдоль длинной стороны блока (1500 м на всю толщину 20 м), проницаемость 0,002 мД
Флюид
нефть, 1,5 мПа·с
Соседний пласт
большой, давление в нём поддерживается закачкой
Добыча из блока
80 м³/сут; перепад давления через перегородку через несколько лет — около 10 МПа
Шешім
  1. Поровый объём: Vp=1500⋅800⋅20⋅0,20=4 800 000V_p = 1500\cdot 800\cdot 20\cdot 0{,}20 = 4\,800\,000 м³; Vpct=7200V_p c_t = 7200 м³/МПа.
  2. Площадь перегородки A=1500⋅20=30 000A = 1500\cdot 20 = 30\,000 м²; проводимость T=0,0853⋅0,002⋅30 000/(1,5⋅50)=0,0682T = 0{,}0853\cdot 0{,}002\cdot 30\,000/(1{,}5\cdot 50) = 0{,}0682 м³/(сут·МПа).
  3. Постоянная времени: τ=7200/0,0682=105 572\tau = 7200/0{,}0682 = 105\,572 сут, или около 289 лет.
  4. За 20 лет разработки перепад между блоком и соседним пластом затухает лишь до e−20/289=0,93e^{-20/289} = 0{,}93 начального. Подпитка через перегородку при перепаде 10 МПа — 0,0682⋅10=0,680{,}0682\cdot 10 = 0{,}68 м³/сут при добыче 80 м³/сут.
  5. Миллион лет — это около 3460 постоянных времени: к моменту открытия давления и контакты по обе стороны перегородки давно выровнялись.
Жауап: Постоянная времени около 289 лет: при разработке блок ведёт себя почти как замкнутый — подпитка 0,68 м³/сут, меньше 1 % добычи, — хотя до начала добычи давления и контакты в нём и в соседнем пласте одинаковы.

Бұл нені білдіреді. По начальным данным такой блок неотличим от сообщающегося: общий контакт, одна линия давления по опробователю. Выдаёт его лишь отклик на добычу: давление падает быстрее, чем ожидалось для всей площади, а скважины соседнего пласта не реагируют. Расчёт упрощён: давление в блоке считается одинаковым, а перегородка — однородной. Если в ней есть песчаные «окна», связь будет на порядки лучше, — это главная неопределённость, и её проверяют гидропрослушиванием до начала закачки. Многоблочные модели материального баланса разобраны в теме Упрощённая многоблочная модель материального баланса. Данные примера условные.

Как строение видно в работе скважин

Признаки в работе скважин и их возможные причины в строении пласта
Что видно
Ранний прорыв воды в отдельных скважинах, быстрый рост обводнённости
Вероятная причина
сообщающиеся высокопроницаемые тела между нагнетательной и добывающей скважинами
Что проверить и сделать
индикаторы в закачиваемой воде, профили приёмистости; ограничить закачку, выровнять профиль (Вытеснение в неоднородных пластах)
Что видно
Добывающая скважина не отвечает на закачку
Вероятная причина
её тела не связаны с нагнетательными
Что проверить и сделать
гидропрослушивание; перенести нагнетание или добавить нагнетательную скважину
Что видно
Давление падает быстрее расчётного
Вероятная причина
изолированный блок, малый связанный объём
Что проверить и сделать
исследования на ограниченность пласта, материальный баланс (Исследование на ограниченность пласта)
Что видно
Новая скважина между старыми вскрыла пласт с начальным давлением
Вероятная причина
тело, не связанное со старыми скважинами
Что проверить и сделать
уплотняющее бурение по модели связности
Что видно
Часть интервалов по разрезу не работает
Вероятная причина
барьеры и перегородки по вертикали
Что проверить и сделать
профили притока; дострел, раздельная эксплуатация пластов

У каждого признака есть и другие причины — состояние призабойной зоны, негерметичный цемент за колонной, работа оборудования; их исключают прежде, чем искать причину в геологии.

Обобщения промысловых данных показывают ту же закономерность: при прочих равных извлечение выше в выдержанных пластах морского мелководья и ниже в речных и других «лабиринтных» толщах, где часть нефти остаётся в невскрытых телах и за перегородками. Для таких пластов главный инструмент — не сила закачки, а размещение скважин по модели строения: уплотнение сетки там, где модель предсказывает невскрытые тела, наклонные и горизонтальные стволы через несколько тел (Горизонтальные скважины), перенос нагнетания на связанные с добывающими скважинами тела (Зачем закачивают воду: поддержание давления и вытеснение нефти).

Терминдер мен белгілер

Архитектура коллектора
форма, размеры, строение и взаимное расположение тел коллектора и разделяющих их пород; в отечественной практике — макронеоднородность.
Покров, пояс, лента, лопасть, линза
формы песчаных тел: широкие во все стороны, вытянутые, узкие, веерные, мелкие изолированные.
«Слоёный пирог», «мозаика», «лабиринт»
тела больше расстояния между скважинами, сравнимы с ним и много меньше его.
KпесK_{\text{пес}}, KрK_{\text{р}}, KсвK_{\text{св}}, KлвK_{\text{лв}}
коэффициенты песчанистости, расчленённости, литологической связанности и выдержанности.
Связность CC и CwC_w
доля коллектора в наибольшем связном теле и доля, связанная со скважинами.
Порог перколяции
доля коллектора, при которой связная группа тел впервые протягивается через весь пласт.
Барьер и перегородка
преграда, непроницаемая на время разработки, и преграда, которая лишь замедляет поток.
Изолированный блок
часть залежи, не сообщающаяся с остальными за время разработки.
Гидродинамическая единица
прослеживаемая между скважинами пачка с общим поведением при течении.
Постоянная времени блока τ\tau
Vpct/TV_p c_t/T: время, за которое перепад давления через перегородку уменьшается в ee раз.

Жиі қателіктер

Қате

«На схеме корреляции песчаники не соединяются — значит, тела разобщены».

Шын мәнінде

Схема — плоский разрез, а в объёме тела соединяются в обход её плоскости. В модели урока при доле коллектора 0,4 в разрезе связано около четверти коллектора, а в объёме — больше 80 %.

Қате

«Начальные давления и контакт в двух блоках одинаковы — значит, блоки сообщаются».

Шын мәнінде

За миллионы лет давление выравнивает даже плотная перегородка. Сообщаются ли блоки при разработке, решает постоянная времени: в примере урока она около 290 лет, и блок при добыче работает почти как замкнутый.

Қате

«В керне плотный прослой — значит, пласты разделены».

Шын мәнінде

Керн видит одну точку, а прослой может выклиниться в сотне метров. Разделение проверяют давлениями по разрезу в работающем пласте, профилями притока и гидропрослушиванием.

Қате

«Каждая новая скважина добавляет запасы пропорционально своему числу».

Шын мәнінде

В «слоёном пироге» новые скважины лишь ускоряют отбор тех же запасов. Новые запасы они дают, когда вскрывают несвязанные тела: в модели урока при доле коллектора 0,3 переход от одной к четырём скважинам на км² добавляет около 10 % вскрытого коллектора, а от четырёх к шестнадцати — около 4 %.

Қате

«Ряды нагнетательных скважин можно ориентировать как удобнее».

Шын мәнінде

В пласте из вытянутых тел ряды поперёк тел дают заметно большую долю коллектора с поддержкой давления — в модели урока при 500 м около 0,92 против 0,74, — но вода быстрее идёт вдоль тех же тел.

Толық: тереңдетілген

Немного теории перколяции

Теория перколяции изучает, когда случайно расположенные элементы образуют связную сеть. В простейшей решёточной задаче каждая клетка с вероятностью pp — песок, иначе глина; соседние клетки песка связаны. Порог для квадратной решётки на плоскости — около 0,593, для кубической в пространстве — около 0,312. Для перекрывающихся тел, расставленных свободно, пороги в долях объёма такие: шары — около 0,290, одинаково ориентированные кубы — 0,277; на плоскости круги — около 0,676, одинаково ориентированные квадраты — около 0,667.

  • Пространство против плоскости. В пространстве у каждого тела больше соседей и больше путей в обход, поэтому порог вдвое с лишним ниже.
  • Вытянутые тела одной ориентировки. Растяжение всех тел и самого пласта в одном направлении не меняет связей, поэтому порог в долях объёма у одинаково вытянутых ориентированных тел тот же, что у кубов, — меняется лишь то, вдоль какого направления связь появляется раньше в пласте конечных размеров.
  • Разная ориентировка. Длинные тела с разными направлениями пересекают друг друга чаще, и порог у них ниже — вплоть до долей процента у очень вытянутых, как у трещин.
  • Конечный пласт. Если тела не намного меньше пласта, переход размыт: в пласте размером в несколько тел одно тело уже может связать скважины.
  • Связность и проводимость. Чуть выше порога связная сеть держится на узких перемычках, и её проводимость мала, хотя связь есть. Поэтому вблизи порога связность ещё не гарантирует хорошей поддержки давления.
Как устроена модель урока
  1. Блок разбит на ячейки; все ячейки сначала — неколлектор.
  2. Тело — прямоугольный блок ячеек заданных размеров с длинной стороной вдоль оси yy. Его угол выбирают равномерно случайно в расширенной области, так что тело может частично выходить за блок: тогда плотность тел одинакова и у краёв.
  3. Тела добавляют по одному, пока доля ячеек-коллекторов не достигнет заданной (последнее тело может превысить её на доли процента); перекрывающиеся тела сливаются.
  4. Связные группы находят объединением соседних по грани ячеек-коллекторов (алгоритм объединения множеств); в разрезе — так же, но только в его плоскости.
  5. Скважина вертикальна и вскрывает все группы, через которые проходит её столбец ячеек. Группа связана с нагнетательной или добывающей скважиной, если её вскрывает хотя бы одна такая скважина.
  6. Случайные числа даёт тот же воспроизводимый генератор, что в уроке Вероятностная оценка запасов методом Монте-Карло, с собственным начальным числом для каждой доли коллектора; результаты — средние по реализациям.

Ограничения модели: все контакты тел считаются проводящими, внутри тел нет перегородок, тела одинаковы и не тяготеют друг к другу, как реальные наложенные русла, а блок конечен. Первые два допущения завышают связность, последние два могут сдвигать её в обе стороны. Модель годится, чтобы понять поведение связности; для конкретного пласта размеры тел, их распределение и проводимость контактов берут из геологии и проверяют поведением скважин.

Откуда постоянная времени блока

Пусть давление в блоке pp одинаково по объёму, а по другую сторону перегородки поддерживается давление pnp_n. Расход через перегородку по закону Дарси q=T (pn−p)q = T\,(p_n - p), где T=kbA/(μb)T = k_b A/(\mu b). Этот приток повышает давление в блоке: Vpct  dp/ dt=T (pn−p)V_p c_t\,\dd p/\dd t = T\,(p_n - p).

Обозначим перепад Δ=pn−p\Delta = p_n - p; тогда  dΔ/ dt=−Δ/τ\dd\Delta/\dd t = -\Delta/\tau с τ=Vpct/T\tau = V_p c_t/T, и Δ(t)=Δ0 e−t/τ\Delta(t) = \Delta_0\,e^{-t/\tau}. Если блок одновременно дренируется скважиной, к правой части добавляется отбор, но время, за которое перегородка способна выровнять давление, остаётся тем же τ\tau. Перегородка сама обладает объёмом и сжимаемостью, и возмущение проходит через неё не мгновенно, а за время порядка ϕμctb2/kb\phi\mu c_t b^2/k_b; при узкой перегородке оно много меньше τ\tau.

Басқа тақырыптармен байланыс

Өзіңізді тексеріңіз

  1. 1

    Пласт сложен случайно расположенными песчаными телами, доля коллектора 0,4. На схеме корреляции через скважины тела выглядят разобщёнными. Что вероятнее всего в объёме?

    1. А.Тела соединены только через стволы скважин
    2. Б.Связность нельзя оценить без сейсмики
    3. В.Тела так же разобщены
    4. Г.Большая часть коллектора соединена в одно целое в обход плоскости схемы
    Жауабын көрсету

    Дұрыс жауап: Г. Большая часть коллектора соединена в одно целое в обход плоскости схемы

    Порог перколяции в пространстве около 0,3, а на плоскости около 0,67. При доле 0,4 в объёме тела уже сливаются в большие группы (в модели урока — больше 80 % коллектора в одном теле), а в плоском разрезе ещё нет (около четверти). Схема корреляции занижает связность.

  2. 2

    В четырёх скважинах горизонта выделено 3, 5, 4 и 6 прослоев-коллекторов; суммарная эффективная толщина по скважинам 58 м при общей 160 м. Найдите коэффициенты расчленённости и песчанистости и скажите, что они говорят о строении.

    Жауабын көрсету

    Kр=(3+5+4+6)/4=4,5K_{\text{р}} = (3 + 5 + 4 + 6)/4 = 4{,}5; Kпес=58/160≈0,36K_{\text{пес}} = 58/160 \approx 0{,}36. Коллектор занимает около трети разреза и разбит в среднем на четыре-пять прослоев толщиной около 58/18≈3,258/18 \approx 3{,}2 м. Доля коллектора близка к порогу перколяции в объёме, поэтому связность прослоев будет сильно зависеть от размеров тел и от того, где они сливаются; её надо оценивать моделью и проверять давлениями.

  3. 3

    Почему одинаковые начальные давления в двух соседних блоках не доказывают, что блоки будут сообщаться при разработке?

    1. А.За геологическое время перегородка выравнивает давление, а за годы разработки пропускает слишком мало флюида
    2. Б.Давления в блоках никогда не бывают одинаковыми
    3. В.Опробователь пластов измеряет давление неточно
    4. Г.При разработке давление в блоках растёт
    Жауабын көрсету

    Дұрыс жауап: А. За геологическое время перегородка выравнивает давление, а за годы разработки пропускает слишком мало флюида

    Постоянная времени блока за плотной перегородкой может составлять сотни лет: это мгновение по меркам геологии, поэтому к открытию давления и контакты выравниваются. Но за 20–30 лет разработки через такую перегородку проходит лишь малая доля добычи, и блок работает почти как замкнутый.

  4. 4

    Проводимость перегородки 0,5 м³/(сут·МПа), поровый объём блока 3⋅1063\cdot10^6 м³, общая сжимаемость 1⋅10−31\cdot10^{-3} МПа⁻¹, давление по другую сторону поддерживается. За какое время перепад давления через перегородку уменьшится вдвое?

    Жауабын көрсету

    Vpct=3⋅106⋅10−3=3000V_p c_t = 3\cdot10^6\cdot 10^{-3} = 3000 м³/МПа; τ=3000/0,5=6000\tau = 3000/0{,}5 = 6000 сут, около 16,4 года. Вдвое перепад уменьшается за τln⁡2≈4160\tau\ln 2 \approx 4160 сут, около 11,4 года: за срок разработки блок заметно подпитывается, но далеко не сразу.

  5. 5

    Пласт сложен поясами русел шириной около 300 м, вытянутыми с севера на юг. Как расположить ряды нагнетательных и добывающих скважин, чтобы больше коллектора получило поддержку давления?

    1. А.Только площадная система, рядная невозможна
    2. Б.Ряды с запада на восток, вода движется с севера на юг
    3. В.Ряды с севера на юг, вода движется с запада на восток
    4. Г.Ориентировка рядов не важна
    Жауабын көрсету

    Дұрыс жауап: Б. Ряды с запада на восток, вода движется с севера на юг

    Ряды поперёк тел (с запада на восток) пересекают каждый пояс несколькими скважинами обоих типов, и вода идёт вдоль поясов к добывающим скважинам. В модели урока при расстоянии 500 м так получают поддержку около 0,92 коллектора против 0,74 при рядах вдоль тел. Цена — более ранний прорыв воды вдоль тех же поясов.

  6. 6

    Новая скважина, пробуренная между двумя старыми, которые уже дают много воды, вскрыла пласт с начальным давлением. О чём это говорит и что делать дальше?

    Жауабын көрсету

    Скважина вскрыла тело, не связанное со старыми скважинами, — невыработанный запас, который заводнение не затронуло. Нужно оценить размеры этого тела (исследование на ограниченность пласта, корреляция, сейсмика), уточнить модель связности — таких тел может быть больше — и решить, как его разрабатывать: на истощение или с собственной нагнетательной скважиной.

Жаңартылған: 16 октября 2026 г.