RU2778354C1 - Method and system for estimating the hydrocarbon reserves in an inhomogeneous layer - Google Patents

Method and system for estimating the hydrocarbon reserves in an inhomogeneous layer Download PDF

Info

Publication number
RU2778354C1
RU2778354C1 RU2021120293A RU2021120293A RU2778354C1 RU 2778354 C1 RU2778354 C1 RU 2778354C1 RU 2021120293 A RU2021120293 A RU 2021120293A RU 2021120293 A RU2021120293 A RU 2021120293A RU 2778354 C1 RU2778354 C1 RU 2778354C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrocarbon
reservoir
fluid
rock
total
Prior art date
Application number
RU2021120293A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Юрьевич Динариев
Николай Вячеславович Евсеев
Сергей Сергеевич САФОНОВ
Денис Владимирович Клемин
Original Assignee
Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Filing date
Publication date
Application filed by Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. filed Critical Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Application granted granted Critical
Publication of RU2778354C1 publication Critical patent/RU2778354C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of geophysics and can be used to estimate the hydrocarbon reserves in a non-homogeneous layer. Proposed is a method for estimating fluids in a dense hydrocarbon reservoir inside a non-homogeneous geological layer or a section thereof, wherein the method includes: a) obtaining the physical parameters of fluids and the layer; b) constructing at least one three-dimensional (3D) model of the dense hydrocarbon reservoir applying the physical parameters, wherein such a three-dimensional model comprises an imitation of the pore structure and the mineralogical composition; c) calculating the amount of hydrocarbon for each said three-dimensional model in stage b); d) calculating the total amount of hydrocarbon reserves; and (e) creating a development plan based on the estimated total hydrocarbon reserves.
EFFECT: application of three-dimensional modelling of the non-homogeneous and porous structure of a nanoscale layer contributes to a more accurate estimation of the hydrocarbon reserves and fluid behaviour.
20 cl, 10 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к методам и системам для количественной оценки и оптимизации схем разработки с применением методов увеличения нефтеотдачи (EOR - англ.: enhanced oil recovery) и усовершенствованных методов разработки (IOR - англ.: improved oil recovery) в случае плотного неоднородного пласта, которые объединяют цифровой подход к представлению породы с моделированием функционала плотности для процессов в масштабе пористости.[0001] The present invention generally relates to methods and systems for quantifying and optimizing development schemes using enhanced oil recovery (EOR - English: enhanced oil recovery) and improved development methods (IOR - English: improved oil recovery) in the case of dense heterogeneous reservoir that combine digital rock representation with density functional modeling for porosity-scale processes.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Одной из важных частей планирования разработки углеводородного месторождения является оценка и оптимизация различных схем применения методов увеличения нефтеотдачи или усовершенствованных методов разработки. В настоящее время эту проблему решают двумя взаимодополняющими методами: (а) с применением подробного геологического и гидродинамического 3D-моделирования коллектора с применением коммерческих имитаторов для получения количественного описания процессов коллектора, и (б) с помощью физических испытаний на заводнение керна в лабораторных условиях. После получения достаточного количества различных сценариев разработки, лучше всего путем сочетания имитаций и физических испытаний, наилучший вариант определяют как оптимальное решение по разработке.[0002] One of the important parts of planning the development of a hydrocarbon field is the evaluation and optimization of various schemes for applying enhanced oil recovery methods or improved development methods. This problem is currently being addressed by two complementary methods: (a) using detailed geologic and 3D reservoir modeling using commercial simulators to quantify reservoir processes, and (b) using physical coreflood tests in the laboratory. After a sufficient number of different development scenarios have been obtained, best by a combination of simulations and physical testing, the best option is determined as the optimal development solution.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0003] Настоящее изобретение включает в себя любой из следующих вариантов осуществления в любой комбинации(-ях) одного или более из них:[0003] The present invention includes any of the following embodiments, in any combination(s) of one or more of them:

[0004] Согласно аспекту настоящего изобретения один или более вариантов осуществления относятся к способу оценивания флюидов в плотном углеводородном коллекторе внутри неоднородного геологического пласта или его участка, причем такой способ включает следующие этапы: получение физических параметров флюидов и пласта; построение по меньшей мере одной трехмерной (3D) модели плотного углеводородного коллектора с применением физических параметров, причем такая трехмерная модель содержит имитации структуры пористости и минералогического состава; вычисление количества углеводородов для каждой указанной трехмерной модели; вычисление общего количества запасов углеводородов; и создание плана разработки, основанного на расчетных общих запасах углеводородов.[0004] According to an aspect of the present invention, one or more embodiments relate to a method for evaluating fluids in a tight hydrocarbon reservoir within a heterogeneous subterranean formation or section thereof, such method comprising the steps of : obtaining physical parameters of the fluids and the formation; building at least one three-dimensional (3D) model of a dense hydrocarbon reservoir using physical parameters, and such a three-dimensional model contains simulations of the structure of porosity and mineralogical composition; calculating the amount of hydrocarbons for each specified three-dimensional model; calculation of the total amount of hydrocarbon reserves; and creating a development plan based on estimated total hydrocarbon reserves.

[0005] Другой вариант осуществления обеспечивает способ оценивания и оптимизации технологий повышения нефтеотдачи или усовершенствованных методов разработки для плотных углеводородных коллекторов, включающий следующие этапы: построение по меньшей мере одной трехмерной модели породы для пористой породы с применением физических свойств и трехмерных изображений массива пористой породы репрезентативных керновых образцов из плотного углеводородного коллектора, при этом набор трехмерных моделей пород определен набором репрезентативных керновых образцов, причем каждая трехмерная модель породы содержит распределение пор и минералогический состав; построение общей составляющей флюида в трехмерной модели породы; расчет трехмерного распределения компонентов флюида в трехмерной модели породы. Затем рассматриваемый объем углеводородного коллектора заполняют 3D-моделями пород, которые определяют с помощью набора репрезентативных керновых образцов. Это позволяет рассчитать скорость обмена компонентов флюида между трехмерными моделями пород и динамические показатели общего количества компонентов флюида в плотном углеводородном коллекторе. Следующей стадией является составление плана разработки коллектора на основе рассчитанных динамических показателей потока.[0005] Another embodiment provides a method for evaluating and optimizing enhanced oil recovery technologies or enhanced development techniques for tight hydrocarbon reservoirs, comprising the steps of: building at least one 3D rock model for a porous rock using physical properties and 3D images of a porous rock mass of representative core samples. samples from a tight hydrocarbon reservoir, wherein a set of 3D rock models is defined by a set of representative core samples, each 3D rock model containing a pore distribution and mineralogical composition; construction of a common fluid component in a three-dimensional rock model; calculation of three-dimensional distribution of fluid components in a three-dimensional rock model. The volume of the hydrocarbon reservoir under consideration is then filled with 3D rock models, which are determined using a set of representative core samples. This makes it possible to calculate the rate of exchange of fluid components between 3D rock models and dynamic indicators of the total amount of fluid components in a dense hydrocarbon reservoir. The next step is to develop a reservoir development plan based on the calculated flow dynamics.

[0006] Эти варианты осуществления, вместе с другими аспектами, признаками и преимуществами настоящего изобретения, наряду с различными признаками новизны, которые характеризуют настоящее изобретение, подробно обозначены в формуле изобретения, прилагаемой к данному описанию и составляющей его часть. Упомянутые выше аспекты и преимущества не являются, индивидуально или совместно, ни исчерпывающими, ни критически важными для существа или практической реализации настоящего изобретения. Прочие аспекты, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания, приведенного совместно с прилагаемыми графическими материалами. Соответственно, графические материалы и описание следует рассматривать как носящие иллюстративный, а не ограничивающий характер.[0006] These embodiments, along with other aspects, features, and advantages of the present invention, along with various features of novelty that characterize the present invention, are detailed in the claims appended to and forming part of this specification. The aspects and advantages mentioned above are, individually or collectively, neither exhaustive nor critical to the spirit or practice of the present invention. Other aspects, features and advantages of the present invention will become more apparent to those skilled in the art from the following detailed description given in conjunction with the accompanying drawings. Accordingly, the graphics and description are to be considered illustrative and not restrictive.

[0007] В данном описании сущности изобретения представлен выбор концепций, которые далее описываются ниже в подробном описании. Данное описание сущности изобретения не предназначено для указания ключевых или существенных признаков заявляемого объекта изобретения, а также его не следует рассматривать, как ограничивающее объем заявляемого объекта изобретения.[0007] In this summary of the invention presents a selection of concepts, which are further described below in the detailed description. This summary is not intended to indicate key or essential features of the claimed subject matter, nor should it be construed as limiting the scope of the claimed subject matter.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS

[0008] На ФИГ. 1 показано пространственное распределение зерен породы, пор и твердой органики на двумерном изображении, полученном с помощью сфокусированного ионного пучка в сканирующем электронном микроскопе (FIB-SEM - англ.: Focused Ion Beam - Scanning Electron Microscopy). Здесь зерна породы показаны белым цветом, поры показаны черным, а твердая органика (с твердым углеводородом) - серым цветом.[0008] FIG. 1 shows the spatial distribution of rock grains, pores and solid organics in a two-dimensional image obtained using a focused ion beam in a scanning electron microscope (FIB-SEM - English: Focused Ion Beam - Scanning Electron Microscopy). Here rock grains are shown in white, pores are shown in black, and solid organic matter (with solid hydrocarbon) is shown in gray.

[0009] На ФИГ. 2 показано изображение в пониженном разрешении и более крупном масштабе, представляющее признаки неоднородности, такие как кластеры с преобладанием твердых зерен, кластеры с преобладанием пор, кластеры с преобладанием твердых органических веществ, а также микротрещины.[0009] FIG. 2 is a reduced resolution and larger scale image showing features of heterogeneity such as hard grain dominated clusters, pore dominated clusters, organic solid dominated clusters, and microcracks.

[0010] На ФИГ. 3 в высоком разрешении показана цифровая 3D-модель распределения: пор и твердой органики (слева); только пор (посредине); и только твердой органики (справа). На всех трех изображениях, упомянутых выше, зерна породы выполнены прозрачными.[0010] FIG. Figure 3 shows a high resolution digital 3D model of the distribution of: pores and solid organic matter (left); only pores (in the middle); and only solid organics (on the right). In all three images mentioned above, the rock grains are made transparent.

[0011] На ФИГ. 4 с помощью цифровой 3D-модели высокого разрешения показано 3D-распределение углеводородных компонентов (HC - англ.: hydrocarbon components) в жидкости, HC в газе и HC в твердой органике.[0011] FIG. 4 shows the 3D distribution of hydrocarbon components (HC) in liquid, HC in gas and HC in solid organics using a high-resolution 3D digital model.

[0012] На ФИГ. 5 с помощью 3D-цифровой модели более крупного масштаба показано распределение признаков неоднородности, таких как кластеры с преобладанием твердых зерен, кластеры с преобладанием пор, заполненных жидкостью, кластеры с преобладанием пор, заполненных газом, кластеры с преобладанием твердой органики, а также микротрещины.[0012] FIG. 5, using a 3D digital model on a larger scale, shows the distribution of features of heterogeneity, such as clusters dominated by hard grains, clusters dominated by pores filled with liquid, clusters dominated by pores filled with gas, clusters dominated by solid organics, and microcracks.

[0013] На ФИГ. 6 с помощью цифровой 3D-модели высокого разрешения показан пример 3D-распределения углеводородных компонентов (HC) в начальном равновесном состоянии; причем разные оттенки указывают на HC в жидкости (1), HC в твердой органике (2), а другие оттенки указывают на изменения состава.[0013] FIG. 6 shows an example of a 3D distribution of hydrocarbon components (HC) in the initial equilibrium state using a high-resolution 3D digital model; with different shades indicating HC in liquid (1), HC in solid organics (2), and other shades indicating changes in composition.

[0014] На ФИГ. 7 с помощью цифровой 3D-модели с более крупным масштабом показан пример распределения признаков неоднородности в начальном равновесном состоянии. Признаками неоднородности являются кластеры с преобладанием твердых зерен, кластеры с преобладанием пор, заполненных жидкостью, кластеры с преобладанием твердой органики, а также микротрещины.[0014] FIG. 7, using a digital 3D model on a larger scale, an example of the distribution of signs of inhomogeneity in the initial equilibrium state is shown. Signs of heterogeneity are clusters with a predominance of hard grains, clusters with a predominance of pores filled with liquid, clusters with a predominance of solid organic matter, and microcracks.

[0015] На ФИГ. 8A-B с помощью цифровой 3D-модели высокого разрешения показан пример 3D-распределения углеводородных компонентов (HC) после выработки пласта в газонапорном режиме (Фиг. 8А) и после дополнительной выработки с применением типового агента (поверхностно-активного вещества), применяемого для увеличения нефтеотдачи (EOR) (Фиг. 8В); разные оттенки указывают на HC в жидкости (1), HC в газе (3), HC в твердой органике (3), поверхностно-активное вещество для EOR (4), а другие оттенки указывают на изменения состава.[0015] FIG. 8A-B, using a high-resolution 3D digital model, shows an example of a 3D distribution of hydrocarbon components (HC) after gas-driven formation (Fig. 8A) and after additional production with a typical agent (surfactant) used to increase oil recovery (EOR) (FIG. 8B); different shades indicate HC in liquid (1), HC in gas (3), HC in solid organic (3), surfactant for EOR (4), and other shades indicate changes in composition.

[0016] На ФИГ. 9A-B с помощью цифровой 3D-модели более крупного масштаба показан пример распределения неоднородностей после первичного извлечения (а) и после процесса EOR с применением обработки поверхностно-активным веществом (b). Признаками неоднородности являются кластеры с преобладанием твердых зерен, кластеры с преобладанием пор, заполненных жидкостью, кластеры с преобладанием пор, заполненных газом, кластеры с преобладанием твердой органики, кластеры с преобладанием агента EOR, а также микротрещины.[0016] FIG. 9A-B shows an example of the distribution of heterogeneities after primary extraction (a) and after an EOR process using surfactant treatment (b) using a larger scale digital 3D model. Signs of heterogeneity are clusters dominated by hard grains, clusters dominated by pores filled with liquid, clusters dominated by pores filled with gas, clusters dominated by solid organics, clusters dominated by the EOR agent, and microcracks.

[0017] На ФИГ. 10 показан пример сравнения первичного извлечения и двух сценариев с применением альтернативных методов EOR (два разных поверхностно-активных вещества).[0017] FIG. 10 shows an example comparison of primary recovery and two scenarios using alternative EOR methods (two different surfactants).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0018] В последующем описании изложены многочисленные подробности, чтобы обеспечить понимание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что в нижеследующем раскрытии представлено много различных вариантов осуществления, или примеров, для реализации различных признаков различных вариантов осуществления. Ниже описаны конкретные примеры компонентов и их расположения для упрощения настоящего описания. Разумеется, это лишь примеры и они не носят ограничительного характера. Кроме того, в настоящем описании в различных примерах могут повторяться числовые и/или буквенные ссылочные позиции. Это повторение приводится в целях упрощения и ясности и не обуславливает взаимосвязь между различными вариантами осуществления и/или обсуждаемыми конфигурациями. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что систему и/или методологию можно применять на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов осуществления. Данное описание не следует рассматривать как ограничивающее, а только как приведенное в целях описания общих принципов вариантов осуществления. Объем описанных вариантов осуществления должен устанавливаться со ссылкой на приведенную формулу изобретения.[0018] In the following description, numerous details are set forth to provide an understanding of certain embodiments of the present invention. It should be understood that in the following disclosure, many different embodiments, or examples, are presented for implementing various features of the various embodiments. Specific examples of components and their locations are described below to simplify the present description. Of course, these are just examples and are not limiting. In addition, in the present description, numeric and/or alphabetic reference positions may be repeated in various examples. This repetition is for the sake of simplicity and clarity and does not imply a relationship between the various embodiments and/or configurations discussed. However, those skilled in the art will appreciate that the system and/or methodology may be practiced without these details and that numerous variations or modifications to the described embodiments are possible. This description should not be considered as limiting, but only as given for the purpose of describing the general principles of the embodiments. The scope of the described embodiments is to be established with reference to the following claims.

[0019] В контексте настоящего документа термины «соединить», «соединение», «соединенный», «в соединении с» и «соединяющий» означают «в непосредственном соединении с» или «в соединении через один или несколько элементов»; а термин «комплект» означает «один элемент» или «более одного элемента». Кроме того, термины «сцеплять», «сцепление», «сцепленный», «сцепленные между собой» и «сцепленный с» означают «непосредственно сцепленные между собой» или «сцепленные между собой через один или более элементов». В контексте настоящего документа термины «вверх» и «вниз»; «верхний» и «нижний»; «верх» и «низ»; а также другие подобные термины, обозначающие положения относительно заданной точки или элемента, применяются для более понятного описания некоторых элементов. Обычно эти термины относятся к опорной точке на поверхности, от которой начинают осуществлять буровые работы, при этом она является верхней точкой, а общая глубина является нижней точкой, причем скважина (например, ствол скважины, буровая скважина) является вертикальной, горизонтальной или наклонной относительно поверхности.[0019] In the context of this document, the terms "connect", "connection", "connected", "in connection with" and "connecting" mean "in direct connection with" or "in connection through one or more elements"; and the term "kit" means "one item" or "more than one item". In addition, the terms "attach", "attachment", "engaged", "engaged", and "engaged with" mean "directly attached to each other" or "attached to each other through one or more elements". In the context of this document, the terms "up" and "down"; "upper" and "lower"; "up and down"; as well as other similar terms denoting positions relative to a given point or element, are used to more clearly describe some elements. Generally, these terms refer to a reference point on the surface from which drilling is started, where this is the high point and the total depth is the low point, where the borehole (e.g., wellbore, borehole) is vertical, horizontal, or inclined relative to the surface. .

[0020] В контексте настоящего документа термин «плотный углеводородный коллектор» означает коллектор, содержащий углеводороды (например, нефть и/или природный газ) и образованный относительно непроницаемой породой-коллектором, добыча углеводородов из которой затруднена. Относительная непроницаемость породы-коллектора может быть обусловлена более мелкими зернами или наличием минерального скелета между более крупными зернами, или может быть обусловлена преобладанием зерен, размер которых соответствует пылеватому материалу или глине (как в случае плотных сланцевых коллекторов). Плотные углеводородные коллекторы могут содержать в относительно непроницаемой породе коллектора нефть и/или природный газ, а также пластовый флюид на водной основе, такой как рассол.[0020] As used herein, the term "tight hydrocarbon reservoir" means a reservoir containing hydrocarbons (eg, oil and/or natural gas) and formed by relatively impermeable reservoir rock from which hydrocarbons are difficult to recover. The relative impermeability of the reservoir rock may be due to smaller grains or the presence of a mineral skeleton between larger grains, or may be due to the predominance of grains sized to match silty material or clay (as in the case of tight shale reservoirs). Tight hydrocarbon reservoirs may contain oil and/or natural gas in relatively impermeable reservoir rock, as well as water-based formation fluid such as brine.

[0021] В контексте настоящего документа термин «петрофизические свойства» означает физические и химические свойства породы-коллектора и ее углеводородного и неуглеводородного содержимого, например, пластовых флюидов на водной основе. В контексте настоящего документа термин «пласт» означает ряд породных толщ, которые имеют сравнимые литологические характеристики, фации или другие сходные свойства. В контексте настоящего документа термин «физические параметры» относится к физическим свойствам пород или флюидов, которые поддаются измерению и количественной оценке. В контексте настоящего документа термин «энергия Гельмгольца» относится к термодинамическому потенциалу смеси, который характеризует потенциальную энергию этой смеси при определенной температуре, объеме и количествах молекул различных типов.[0021] As used herein, the term "petrophysical properties" means the physical and chemical properties of a reservoir rock and its hydrocarbon and non-hydrocarbon contents, such as water-based formation fluids. In the context of this document, the term "formation" means a set of rock units that have comparable lithological characteristics, facies, or other similar properties. In the context of this document, the term "physical parameters" refers to the physical properties of rocks or fluids that can be measured and quantified. In the context of this document, the term "Helmholtz energy" refers to the thermodynamic potential of a mixture, which characterizes the potential energy of this mixture at a certain temperature, volume and numbers of molecules of various types.

[0022] В контексте настоящего документа термин «план завершающих мероприятий» относится к событиям и оборудованию, необходимым для ввода ствола скважины в эксплуатацию после завершения буровых работ, включая, помимо прочего, сборку скважинных труб и оборудования, необходимых для обеспечения безопасной и эффективной добычи из нефтяной или газовой скважины.[0022] In the context of this document, the term “completion plan” refers to the events and equipment necessary to bring the wellbore into production after completion of drilling operations, including, but not limited to, the assembly of well pipes and equipment necessary to ensure safe and efficient production from oil or gas well.

[0023] В контексте настоящего документа термин «план разработки» относится к событиям и оборудованию, необходимым для добычи углеводородов из нефтегазоносного пласта, включая, помимо прочего, бурение скважин с заданными траекториями, выполнение операций гидроразрыва пласта и другие операции, такие как закачка агентов для EOR/IOR. План разработки содержит планы завершающих мероприятий для отдельных скважин.[0023] As used herein, the term "development plan" refers to the events and equipment necessary to produce hydrocarbons from an oil and gas reservoir, including, but not limited to, drilling wells with predetermined trajectories, performing hydraulic fracturing operations, and other operations such as pumping agents for EOR/IOR. The development plan contains completion plans for individual wells.

[0024] Рентабельная добыча из плотных сланцевых коллекторов (органических сланцев) определяется способностью размещать горизонтальные скважины в качественном пласте, который можно эффективно интенсифицировать с помощью гидроразрыва пласта, применяя при этом данные каротажа и анализа кернов, полученные от вертикальных скважин. Основными факторами, которые определяют успешную добычу из этих скважин, являются петрофизические свойства, такие как пористость, проницаемость, смачиваемость, насыщенность углеводородами и внутрипоровое давление. Прочие факторы включают в себя геомеханические характерные свойства, такие как площадь поверхности гидроразрыва плюс проводимость трещин. В дополнение к точному измерению всех физических и петрофизических свойств коллекторов не менее важно иметь точные имитации, основанные на известных образцах пород плотных коллекторов. С помощью точных и реалистичных имитаций можно составить план разработки, обеспечивающий повышение эффективности извлечения.[0024] Economical production from tight shale reservoirs (organic shale) is determined by the ability to place horizontal wells in a quality formation that can be effectively stimulated by hydraulic fracturing using logging and core data obtained from vertical wells. The main factors that determine successful production from these wells are petrophysical properties such as porosity, permeability, wettability, hydrocarbon saturation and pore pressure. Other factors include geomechanical attributes such as fracture surface area plus fracture conductivity. In addition to accurately measuring all physical and petrophysical properties of reservoirs, it is equally important to have accurate simulations based on known tight reservoir rock samples. With accurate and realistic simulations, a development plan can be developed to improve recovery efficiency.

[0025] Анализ многофазного потока повышает точность имитаций за счет учета большинства, если не всех влияющих факторов, которые являются измеряемыми в плотном углеводородном коллекторе, включая собственные свойства, фоновые свойства, комбинированные свойства и свойства искусственно вводимых агентов. Например, собственные физические и петрофизические свойства коллекторов с учетом фоновых свойств, таких как распределение температуры или давления. Другие связанные факторы включают в себя распределение смачиваемости и распределение абсолютной проницаемости, а также несколько искусственно введенных факторов, таких как вторичное заводнение или агенты с поверхностно-активными веществами, применяемые в операциях по увеличению нефтеотдачи (EOR).[0025] Multiphase flow analysis improves the accuracy of simulations by accounting for most, if not all, of the influencing factors that are measurable in a tight hydrocarbon reservoir, including intrinsic properties, background properties, combined properties, and artificially introduced properties. For example, intrinsic physical and petrophysical properties of reservoirs, taking into account background properties such as temperature or pressure distribution. Other related factors include wettability distribution and absolute permeability distribution, as well as several artificially introduced factors such as secondary flooding or surfactant agents used in enhanced oil recovery (EOR) operations.

[0026] Помимо анализа многофазного потока для плотного углеводородного коллектора выполняют цифровое моделирование пород с целью оценивания общего количества флюида в коллекторе. Цифровое моделирование пород предполагает сочетание технологии цифрового представления горных пород и описания функционала плотности многофазных многокомпонентных смесей. При моделировании наномасштабные цифровые модели пород применяют для расчета фактического распределения углеводородов в породе, которое затем применяют для расчета общего количества запасов углеводородов с учетом общего объема коллектора, расчетных количеств углеводородов (нефти или газа) для 3D-моделей, а также для расчета относительной частоты встречаемости в коллекторе.[0026] In addition to the multiphase flow analysis for a tight hydrocarbon reservoir, digital rock modeling is performed to estimate the total amount of fluid in the reservoir. Digital rock modeling involves a combination of technology for digital representation of rocks and the description of the density functional of multiphase multicomponent mixtures. In modeling, nanoscale digital rock models are used to calculate the actual distribution of hydrocarbons in the rock, which is then used to calculate the total amount of hydrocarbon reserves, taking into account the total volume of the reservoir, the estimated quantities of hydrocarbons (oil or gas) for 3D models, and also to calculate the relative frequency of occurrence in the collector.

ПРИМЕР 1: ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОРОДЫEXAMPLE 1: DIGITAL ROCK MODELING

[0027] Оценивание запасов углеводородного флюида для конкретных геологических пластов является необходимым этапом в планировании разработки месторождения и прогнозировании добычи. Для традиционных коллекторов углеводородных флюидов процедура оценивания содержит следующие этапы: 1) оценивание свойств флюида в коллекторе (например, плотности, состава) с применением, помимо прочего, зондов скважинного флюида или зондов для рекомбинированного поверхностного флюида; 2) оценивание объема пор в коллекторе с применением соответствующих данных каротажа скважины или любых других применимых данных, способов и/или инструментов; 3) оценивание объема частей пор, насыщенных различными фазами флюида (например, газом, нефтью, водой, если имеется многофазная смесь), с применением соответствующих данных каротажа скважины или любых других применимых данных, способов и/или инструментов; и 4) расчет общего количества флюида в коллекторе (газа, нефти, воды и определенных углеводородных компонентов) с применением информации, полученной на предыдущих этапах.[0027] Estimating hydrocarbon fluid reserves for specific geological formations is a necessary step in field development planning and production forecasting. For conventional hydrocarbon fluid reservoirs, the estimation procedure includes the following steps: 1) estimating reservoir fluid properties (eg, density, composition) using, among other things, downhole fluid probes or recombined surface fluid probes; 2) estimating pore volume in the reservoir using appropriate well logging data or any other applicable data, methods and/or tools; 3) estimating the volume of portions of pores saturated with various fluid phases (eg, gas, oil, water, if a multiphase mixture is present) using appropriate well logging data or any other applicable data, methods and/or tools; and 4) calculating the total amount of fluid in the reservoir (gas, oil, water and certain hydrocarbon components) using the information obtained in the previous steps.

[0028] Эта обычная процедура основана на предположении, что свойства флюида одинаковы во всех частях коллектора, имеющих гидродинамическую связь. Это предположение соответствует концепции начального термодинамического равновесия флюида в коллекторе.[0028] This conventional procedure is based on the assumption that fluid properties are the same in all parts of the reservoir that are in fluid communication. This assumption corresponds to the concept of the initial thermodynamic equilibrium of the fluid in the reservoir.

[0029] Хорошо известно, что в плотных неоднородных пластах (например, сланцах) с порами наноразмерного диапазона существуют различные явления, которые могут влиять на состояние и состав флюида: адсорбция/абсорбция, осмос, капиллярная конденсация, расклинивающее давление и дисперсионные силы. Из-за этого обычная процедура непосредственной оценки запасов неприменима.[0029] It is well known that in tight, heterogeneous formations (e.g., shale) with nanosized pores, there are various phenomena that can affect the state and composition of the fluid: adsorption/absorption, osmosis, capillary condensation, disjoining pressure, and dispersion forces. Because of this, the usual procedure for directly estimating reserves is not applicable.

[0030] Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают новый способ оценивания запасов, который объединяет технологию цифрового представления горных пород и описание функционала плотности многофазных многокомпонентных смесей. В способе по настоящему изобретению для вычисления фактического распределения углеводородов в породе применяют наномасштабные цифровые модели пород, а затем выполняют расчет общего количества запасов с помощью процедуры суммирования, в которой по одной из реализаций применяют данные об общем объеме коллектора (или рассматриваемой его части), расчетных количествах для 3D-моделей и относительной частоты их встречаемости в коллекторе или в рассматриваемой его части.[0030] Embodiments of the present invention provide a novel resource estimation method that combines digital rock representation technology and density functional description of multiphase multicomponent mixtures. In the method of the present invention, nanoscale digital rock models are used to calculate the actual distribution of hydrocarbons in the rock, and then the calculation of the total amount of reserves is performed using a summation procedure, in which one of the implementations uses data on the total volume of the reservoir (or part of it under consideration), the calculated quantities for 3D models and the relative frequency of their occurrence in the reservoir or in its part under consideration.

[0031] Как правило, процедура оценивания имеющегося количества газа

Figure 00000001
и нефти
Figure 00000002
для обычных коллекторов основана на интегральных уравнениях[0031] Typically, the procedure for estimating the amount of gas available
Figure 00000001
and oil
Figure 00000002
for conventional collectors based on integral equations

[0032]

Figure 00000003
[0032]
Figure 00000003

[0033]

Figure 00000004
[0033]
Figure 00000004

[0034] где интегрирование осуществляют для всего коллектора или конкретной залежи,

Figure 00000005
- это распределение пористости,
Figure 00000006
- плотности газа и нефти в условиях коллектора, и
Figure 00000007
- это распределения насыщенности газом и нефтью. Количественные показатели
Figure 00000006
получают от зондов скважинного флюида или зондов рекомбинированного поверхностного флюида, в то время как 3D-поля величин
Figure 00000008
получают в процессе геологического 3D-моделирования (по существу из соответствующих данных каротажа скважины). Когда требуется количество конкретных углеводородных компонентов, уравнения (1), (2) изменяют следующим образом[0034] where the integration is performed for the entire reservoir or a specific reservoir,
Figure 00000005
is the porosity distribution,
Figure 00000006
are the densities of gas and oil at reservoir conditions, and
Figure 00000007
are the distributions of gas and oil saturation. Quantitative indicators
Figure 00000006
are obtained from downhole fluid probes or recombined surface fluid probes, while 3D value fields
Figure 00000008
obtained in the process of geological 3D modeling (essentially from the corresponding well logging data). When the amount of specific hydrocarbon components is required, equations (1), (2) are modified as follows

[0035]

Figure 00000009
[0035]
Figure 00000009

[0036]

Figure 00000010
[0036]
Figure 00000010

[0037] где

Figure 00000011
представляют собой массовые концентрации газа и нефти в компоненте с номером i. Эти концентрации также оценивают с помощью зондов скважинного флюида или зондов рекомбинированного поверхностного флюида.[0037] where
Figure 00000011
are the mass concentrations of gas and oil in the i -th component. These concentrations are also measured using downhole fluid probes or recombined surface fluid probes.

[0038] Уравнения (1) - (4) дают оценки общей массы нефти и газа в коллекторе, а также массы отдельных углеводородных компонентов. Эти параметры применяют для расчета соответствующего объема и массы газа и нефти в условиях на поверхности.[0038] Equations (1) - (4) provide estimates of the total mass of oil and gas in the reservoir, as well as the mass of individual hydrocarbon components. These parameters are used to calculate the corresponding volume and mass of gas and oil under surface conditions.

[0039] Уравнения (1) - (4) перестают работать для плотных неоднородных коллекторов, в которых свойства флюида могут изменяться в узких порах, а значительное количество углеводородов может находиться в адсорбированной/абсорбированной форме. В этих случаях процедура оценки запасов должна быть скорректирована с учетом соответствующих физических и химических явлений наноразмерного масштаба.[0039] Equations (1) - (4) fail for tight heterogeneous reservoirs where fluid properties may change in narrow pores and a significant amount of hydrocarbons may be in adsorbed/absorbed form. In these cases, the reserve estimation procedure should be adjusted to take into account the relevant physical and chemical phenomena on the nanoscale.

[0040] Поэтому предложена новая процедура оценки запасов углеводородов, основанная на следующих этапах:[0040] Therefore, a new procedure for estimating hydrocarbon reserves is proposed, based on the following steps:

[0041] Во-первых, строят термодинамическое описание флюида в коллекторе, применяя для этого соответствующие аналитические уравнения состояния, анализируя данные зондов скважинного флюида и/или зондов рекомбинированного поверхностного флюида или любые другие данные флюида, включая, помимо прочего, анализ флюидных включений для флюида, захваченного в закрытых порах, а также любые другие связанные экспериментальные или аналитические способы, примененные или проанализированные при оценивании начального состояния коллектора (до начала добычи), или выведенные из не-начального состояния путем аппроксимации, например, уравнение состояния Пенга-Робинсона. В нем начальное состояние флюида характеризуют с помощью зондов начального состояния флюида и интерпретируют как состояние флюида в коллекторе внутри больших пор или трещин, как наиболее подвижной части флюида коллектора. В частности, в аналитическом виде выведено выражение энергии Гельмгольца флюида, приходящейся на единицу объема[0041] First , construct a thermodynamic description of the fluid in the reservoir by applying appropriate analytical equations of state, analyzing data from downhole fluid probes and/or recombined surface fluid probes, or any other fluid data, including, but not limited to, fluid inclusion analysis for the fluid. trapped in closed pores, as well as any other related experimental or analytical methods applied or analyzed when estimating the initial state of the reservoir (prior to production), or derived from a non-initial state by approximation, for example, the Peng-Robinson equation of state. In it, the initial state of the fluid is characterized by initial fluid state probes and interpreted as the state of the fluid in the reservoir within large pores or fractures, as the most mobile part of the reservoir fluid. In particular, an analytical expression is derived for the Helmholtz energy of the fluid per unit volume

[0042]

Figure 00000012
[0042]
Figure 00000012

[0043] где

Figure 00000013
- это абсолютная температура коллектора и
Figure 00000014
- это молярные плотности химических компонентов (количества молекул определенных типов, приходящиеся на единицу объема) в смеси коллектора (индекс i означает порядковый номер конкретного компонента). Применив уравнение (5) для энергии Гельмгольца, приходящейся на единицу объема, можно вывести аналитические выражения для химических потенциалов[0043] where
Figure 00000013
is the absolute collector temperature and
Figure 00000014
are the molar densities of the chemical components (the number of molecules of certain types per unit volume) in the reservoir mixture (the index i means the serial number of a particular component). Applying equation (5) for the Helmholtz energy per unit volume, we can derive analytical expressions for chemical potentials

[0044]

Figure 00000015
[0044]
Figure 00000015

[0045] и числовые значения химических потенциалов в начальном состоянии флюида

Figure 00000016
.[0045] and numerical values of chemical potentials in the initial state of the fluid
Figure 00000016
.

[0046] Во-вторых, геологическую неоднородность коллектора или его части изучают с применением данных каротажа скважины и керновых образцов с идентификацией репрезентативных керновых образцов. Такие репрезентативные керновые образцы применяют для получения 3D-изображений пород с помощью, помимо прочего, рентгеновской микротомографии, 3D-визуализации с помощью ЯМР, 3D-реконструкции на основе петрографического анализа шлифов и конфокальной микроскопии, 3D-реконструкции на основе анализа карт 2D-элементов, полученных с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), трехмерной сканирующей электронной микроскопии с фокусированным ионным пучком (FIB-SEM) с возможным добавлением функции энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) и т. д.; цифровой обработки и морфологического анализа трехмерных изображений керна путем последовательного применения фильтрации изображений, сегментации и распознавания ряда свойств. Таким образом, цифровую 3D-модель создают с помощью схемы имитации, описанной выше. В результате выполнения этого этапа получают различные цифровые 3D-модели образцов пористой породы с подробным распределением пор и минералогическим составом.[0046] Second, the geologic heterogeneity of the reservoir, or portion thereof, is studied using well log data and core samples to identify representative core samples. Such representative core samples are used to obtain 3D images of rocks using, among others, X-ray microtomography, 3D NMR imaging, 3D reconstruction based on petrographic analysis of thin sections and confocal microscopy, 3D reconstruction based on the analysis of 2D element maps, obtained by scanning electron microscopy (SEM), focused ion beam 3D scanning electron microscopy (FIB-SEM) with the possible addition of an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) function, etc.; digital processing and morphological analysis of three-dimensional core images by sequentially applying image filtering, segmentation and recognition of a number of properties. Thus, a 3D digital model is created using the simulation scheme described above. As a result of this step, various digital 3D models of porous rock samples with detailed pore distribution and mineralogical composition are obtained.

[0047] В-третьих, применяя полную энергию Гельмгольца флюида (5), цифровые 3D-модели пород и потенциалы взаимодействия между составляющими минералами и компонентами смеси флюида, в аналитической форме строят функционал общей энергии Гельмгольца флюида в породе[0047] Third, using the total Helmholtz energy of the fluid (5), digital 3D rock models and the interaction potentials between the constituent minerals and the components of the fluid mixture, analytically build the functional of the total Helmholtz energy of the fluid in the rock

[0048]

Figure 00000017
[0048]
Figure 00000017

[0049] В этом выражении

Figure 00000018
представляет собой абсолютную температуру, а
Figure 00000019
- молярные плотности химических компонентов флюида. В частности, это явное выражение применяют для получения аналитического выражения химических потенциалов составляющих компонентов
Figure 00000020
.[0049] In this expression
Figure 00000018
is the absolute temperature, and
Figure 00000019
- molar densities of the chemical components of the fluid. In particular, this explicit expression is used to obtain an analytical expression for the chemical potentials of the constituent components
Figure 00000020
.

[0050] В-четвертых, 3D-распределение химических компонентов в породе численно определяют как абсолютный условный минимум функционала плотности (7) с ограничениями[0050] Fourth , the 3D distribution of chemical components in the rock is numerically determined as the absolute conditional minimum of the density functional (7) with restrictions

[0051]

Figure 00000021
[0051]
Figure 00000021

что является необходимым и достаточным условием для того, чтобы распределение химических компонентов флюида в породе находилось в устойчивом термодинамическом равновесии и соответствовало начальному состоянию флюида в целом.which is a necessary and sufficient condition for the distribution of the chemical components of the fluid in the rock to be in stable thermodynamic equilibrium and correspond to the initial state of the fluid as a whole.

[0052] Это распределение соответствует устойчивому термодинамическому равновесию флюида внутри образца породы, что согласуется с данными зондов флюида, рассмотренными на первом этапе, которые представляют подвижный флюид. Это также делает возможным оценивание средних молярных плотностей для цифровых моделей пород:[0052] This distribution corresponds to a stable thermodynamic equilibrium of the fluid within the rock sample, which is consistent with the data from the fluid probes discussed in the first step, which represent a mobile fluid. It also makes it possible to estimate average molar densities for digital rock models:

[0053]

Figure 00000022
[0053]
Figure 00000022

[0054] где интегрирование выполняют по 3D модели

Figure 00000023
с общим объемом
Figure 00000024
. Если в 3D-распределении флюида воксели (элементарные ячейки) могут быть конкретно отнесены к газу или нефти, это позволяет усреднить плотности для этих фаз[0054] where integration is performed over a 3D model
Figure 00000023
with total volume
Figure 00000024
. If voxels (unit cells) can be specifically assigned to gas or oil in a 3D fluid distribution, this allows averaging the densities for these phases

[0055]

Figure 00000025
[0055]
Figure 00000025

[0056]

Figure 00000026
[0056]
Figure 00000026

[0057] В-пятых, общее количество компонента i (в молях) в коллекторе (или части коллектора) определяют как следующие суммы с разбивкой на фазы (если применимо)[0057] Fifth , the total amount of component i (in moles) in the reservoir (or part of the reservoir) is determined as the following sums by phase (if applicable)

[0058]

Figure 00000027
[0058]
Figure 00000027

[0059]

Figure 00000028
[0059]
Figure 00000028

[0060]

Figure 00000029
[0060]
Figure 00000029

[0061] где

Figure 00000030
представляет собой объем коллектора (или части коллектора),
Figure 00000031
- это частота или вероятность встречаемости конкретной 3D модели
Figure 00000023
в коллекторе.[0061] where
Figure 00000030
is the volume of the reservoir (or part of the reservoir),
Figure 00000031
is the frequency or probability of occurrence of a particular 3D model
Figure 00000023
in the collector.

[0062] Этот показатель можно преобразовать в единицы массы, умножив его на молярную массу компонента

Figure 00000032
[0062] This indicator can be converted to mass units by multiplying it by the molar mass of the component
Figure 00000032

[0063]

Figure 00000033
[0063]
Figure 00000033

[0064]

Figure 00000034
[0064]
Figure 00000034

[0065]

Figure 00000035
[0065]
Figure 00000035

[0066] Эти последние результаты представляют собой скорректированные значения запасов углеводородов вместо количеств (1), (2).[0066] These last results are adjusted hydrocarbon reserves instead of quantities (1), (2).

[0067] Чтобы продемонстрировать применение настоящего изобретения, было выполнено оценивание геологических запасов в пласте плотной породы с применением методики, описанной Ур. (5)-(17). Для оценки геологической неоднородности пласта были изучены несколько репрезентативных керновых образцов. Для моделирования термодинамически равновесного распределения флюидов в масштабе пор, которое соответствует Ур. (5)-(8), применяли набор репрезентативных блоков породы из этих керновых образцов. Далее рассчитывали запасы для всех блоков пород с применением Ур. (9)-(10). Наконец, оценивали геологические запасы с применением Ур. (11)-(17) и на основании информации о фактическом преобладании каждого из изученных блоков породы в керновых образцах.[0067] To demonstrate the application of the present invention, an in-place estimate was performed in a tight rock formation using the technique described by Eq. (5)-(17). Several representative core samples were studied to evaluate the geological heterogeneity of the reservoir. To simulate the thermodynamic equilibrium distribution of fluids on the pore scale, which corresponds to Eq. (5)-(8) used a set of representative rock blocks from these core samples. Next, the reserves were calculated for all blocks of rocks using Eq. (9)-(10). Finally, in-place reserves were evaluated using Eq. (11)-(17) and based on information about the actual predominance of each of the studied rock blocks in core samples.

[0068] Моделирование внутри отдельных блоков породы проводили с применением 3D-численных имитаций в масштабе пор, в которых учитываются явления в многофазном составе, физические явления наномасштабного уровня и неклассические термодинамические эффекты (термодинамика малых систем). А именно, численное моделирование было выполнено с применением гидродинамических характеристик функционала плотности (DFH - англ.: Density Functional Hydrodynamics), что с большой эффективностью приводит к достижению необходимого минимума функционала в Ур. (7) вместе с выполнением условий в Ур. (8).[0068] Modeling within individual rock blocks was performed using pore-scale 3D numerical simulations that take into account phenomena in multi-phase composition, physical phenomena at the nanoscale level, and non-classical thermodynamic effects (thermodynamics of small systems). Namely, the numerical simulation was performed using density functional hydrodynamics (DFH - English: Density Functional Hydrodynamics), which leads to the achievement of the necessary minimum of the functional in Eq. (7) along with the fulfillment of the conditions in Eq. (eight).

[0069] Для получения пространственного распределения зерен, пор и твердой органики в пределах репрезентативного блока породы из репрезентативного кернового образца пласта плотной породы применяли технологии сканирования, обеспечивающие достаточно высокое разрешение (например, сканирование с помощью FIB-SEM), как показано в примере изображения на Фиг. 1. В то же время, за счет применения технологии сканирования с более низким разрешением (например, рентгеновской микротомографии), была получена информация о признаках неоднородности в более крупном масштабе (то есть в масштабе керна), как показано в примере изображения на Фиг. 2. Устойчивость данного анализа достигают за счет сбора и изучения достаточного количества репрезентативных блоков породы (аналогичных тем, которые показаны на Фиг. 1) и достаточного количества репрезентативных кернов (образцов, аналогичных тем, которые показаны на Фиг. 2).[0069] To obtain the spatial distribution of grains, pores and solid organics within a representative block of rock from a representative core sample of a dense rock formation, scanning technologies that provide sufficiently high resolution (for example, scanning with FIB-SEM) were used, as shown in the example image on Fig. 1. At the same time, by applying a lower resolution scanning technology (eg, X-ray microtomography), information was obtained on the signs of heterogeneity at a larger scale (i.e., core scale), as shown in the example image in FIG. 2. The robustness of this analysis is achieved by collecting and examining a sufficient number of representative rock blocks (similar to those shown in Fig. 1) and a sufficient number of representative cores (samples similar to those shown in Fig. 2).

[0070] Цифровую 3D-модель в высоком разрешении (аналогично примеру, показанному на Фиг. 3) построили с применением набора двумерных изображений в высоком разрешении (аналогичных показанным на Фиг. 1). С применением этой цифровой 3D-модели в высоком разрешении оценивали ее емкость путем определения условного минимума функционала энергии Гельмгольца по Ур. (7) вместе с выполнением условий Ур. (8). Для этого численно решали полную систему гидродинамических уравнений DFH до достижения равновесного решения. В ходе моделирования учитывали соответствующие явления, такие как поток при широком диапазоне числа Кнудсена, диффузионный и конвективный перенос, расклинивающее давление, эффекты прямого и обратного осмоса, капиллярная конденсация, предшественники тонких пленок и аномальная реология, гистерезис контактного угла, обусловленный шероховатостью и количеством капилляров, адсорбция, накопление и десорбция твердых органических компонентов. Пример полученного таким образом термодинамического равновесного распределения компонентов показан на Фиг. 4.[0070] A high resolution 3D digital model (similar to the example shown in FIG. 3) was built using a set of high resolution 2D images (similar to those shown in FIG. 1). Using this high-resolution 3D digital model, its capacitance was estimated by determining the conditional minimum of the Helmholtz energy functional according to Eq. (7) together with the fulfillment of the conditions of Eq. (eight). To do this, the complete system of hydrodynamic equations DFH was solved numerically until an equilibrium solution was reached. The simulations took into account relevant phenomena such as flow over a wide range of Knudsen numbers, diffusional and convective transport, disjoining pressure, direct and reverse osmosis effects, capillary condensation, thin film precursors and anomalous rheology, contact angle hysteresis due to roughness and the number of capillaries, adsorption, accumulation and desorption of solid organic components. An example of the thus obtained thermodynamic equilibrium distribution of the components is shown in FIG. four.

[0071] Полученную информацию о распределении углеводородных компонентов на репрезентативном наборе цифровых моделей высокого разрешения, вместе с информацией, полученной от 2D-сканирования с более низким разрешением, как показано на Фиг. 2, применяли для построения набора более крупномасштабных 3D-моделей репрезентативных керновых образцов, содержащих распределение признаков неоднородности, таких как кластеры с преобладанием твердых зерен, кластеры с преобладанием пор, заполненных жидкостью, кластеры с преобладанием пор, заполненных газом, кластеры с преобладанием твердой органики (Фиг. 5).[0071] The obtained information about the distribution of hydrocarbon components on a representative set of high resolution digital models, together with information obtained from a lower resolution 2D scan, as shown in FIG. 2 was used to build a set of larger-scale 3D models of representative core samples containing a distribution of heterogeneity features such as clusters dominated by hard grains, clusters dominated by liquid-filled pores, clusters dominated by gas-filled pores, clusters dominated by solid organics ( Fig. 5).

ПРИМЕР 3: СХЕМА РАЗРАБОТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ EOR/IOREXAMPLE 3: EOR/IOR DEVELOPMENT SCHEME

[0072] Одной из важных частей планирования разработки углеводородного месторождения является оценка и оптимизация различных схем применения методов увеличения нефтеотдачи или усовершенствованных методов разработки. В настоящее время эту проблему решают двумя взаимодополняющими методами: (а) с применением подробного геологического и гидродинамического 3D-моделирования коллектора с применением коммерческих имитаторов для получения количественного описания процессов коллектора, и (б) с помощью физических испытаний на заводнение керна в лабораторных условиях. После получения достаточного количества различных сценариев разработки, лучше всего путем сочетания имитаций и физических испытаний, наилучший вариант определяют как оптимальное решение по разработке.[0072] One of the important parts of planning the development of a hydrocarbon field is the evaluation and optimization of various schemes for applying enhanced oil recovery methods or improved development methods. This problem is currently being addressed by two complementary methods: (a) using detailed geologic and 3D reservoir modeling using commercial simulators to quantify reservoir processes, and (b) using physical coreflood tests in the laboratory. After a sufficient number of different development scenarios have been obtained, best by a combination of simulations and physical testing, the best option is determined as the optimal development solution.

[0073] Однако у такого подхода имеются несколько недостатков.[0073] However, this approach has several disadvantages.

[0074] Во-первых, существует множество технологий увеличения нефтеотдачи (EOR) и усовершенствованных методов разработки (IOR), в которых задействованы сложные физические и химические процессы, происходящие на уровне пор. В спектре предлагаемых коммерческих имитаторов моделирование коллектора основано на концепции макроскопического потока Дарси, которая не подходит для сложных явлений микро-, и наноразмерного масштаба. Для преодоления этого затруднения разрабатывают все более сложные модели переноса для пористых горных породах; каждая такая новая модель опирается на дополнительные феноменологические параметры, которые должны быть установлены на основании экспериментальных данных. Тем не менее, для технологий EOR и IOR экспериментальная поддержка имитационных моделей ограничена тем фактом, что каждый экспериментальный прогон безвозвратно изменяет экспериментальный образец породы. Это делает проблемной валидацию макроскопического моделирования.[0074] First, there are many enhanced oil recovery (EOR) and enhanced oil recovery (IOR) technologies that involve complex physical and chemical processes occurring at the pore level. In the range of commercial simulators offered, reservoir modeling is based on the concept of macroscopic Darcy flow, which is not suitable for complex micro- and nanoscale phenomena. To overcome this difficulty, increasingly complex transport models for porous rocks are being developed; each such new model relies on additional phenomenological parameters that must be established on the basis of experimental data. However, for EOR and IOR technologies, experimental support for simulation models is limited by the fact that each experimental run permanently changes the experimental rock sample. This makes the validation of macroscopic simulations problematic.

[0075] Во-вторых, практическая эффективность технологий EOR и IOR зависит от мелкомасштабной геологической структуры пласта. В случае высокой степени неоднородности в масштабе пор, модели коллектора, основанные на крупномасштабном усреднении геологических параметров, более неприменимы.[0075] Secondly, the practical effectiveness of EOR and IOR technologies depends on the fine-scale geological structure of the reservoir. In the case of a high degree of heterogeneity at the pore scale, reservoir models based on large-scale averaging of geological parameters are no longer applicable.

[0076] Настоящее изобретение представляет собой расчетный подход для количественной оценки и оптимизации схем разработки с применением EOR/IOR в случае плотных неоднородных пластов. Данный расчетный подход объединяет в себе цифровой подход к представлению породы с функциональным моделированием плотности для процессов в масштабе пористости.[0076] The present invention is a computational approach for quantifying and optimizing EOR/IOR development schemes in the case of tight heterogeneous reservoirs. This computational approach combines a digital rock representation approach with functional density modeling for porosity-scale processes.

[0077] Хорошо известно, что в плотных неоднородных пластах (например, сланец) с порами наноразмерного диапазона могут происходить различные явления, влияющие на состояние и состав флюида (например, адсорбция/абсорбция, осмос, капиллярная конденсация, расклинивающее давление и дисперсионные силы). Все эти явления рассматривают с помощью гидродинамических характеристик многофазного состава с применением метода функционала плотности. Такой подход обеспечивает непосредственное количественное описание сложных физических и химических процессов, протекающих в масштабе пор, без применения макроскопических феноменологических параметров.[0077] It is well known that in tight, heterogeneous formations (e.g., shale) with nanosized pores, various phenomena can occur that affect the state and composition of the fluid (e.g., adsorption/absorption, osmosis, capillary condensation, disjoining pressure, and dispersion forces). All these phenomena are considered using the hydrodynamic characteristics of the multiphase composition using the density functional method. This approach provides a direct quantitative description of complex physical and chemical processes occurring on a pore scale, without the use of macroscopic phenomenological parameters.

[0078] В данном изобретении описаны процессы EOR/IOR, в которых применяется комбинация микро/наномасштабного моделирования функционала плотности для репрезентативных образцов пород и моделирования переноса флюида на макроуровне в статистической совокупности этих образцов породы.[0078] The present invention describes EOR/IOR processes that use a combination of micro/nanoscale density functional modeling for representative rock samples and fluid transport modeling at the macro level in a statistical population of these rock samples.

[0079] В настоящее время имитаторы коллектора для нефти и газа основаны на модели переноса флюида в горных породах, которая называется законом Дарси:[0079] Currently, reservoir simulators for oil and gas are based on a model of fluid transport in rocks called Darcy's law:

[0080]

Figure 00000036
[0080]
Figure 00000036

[0081] где

Figure 00000037
представляет собой скорость переноса флюида,
Figure 00000038
- это вязкость при сдвиге,
Figure 00000039
- это симметричный тензор проницаемости,
Figure 00000040
- это плотность массы флюида,
Figure 00000041
- это гравитационный потенциал, и
Figure 00000042
- это частная производная относительно декартовых координат.[0081] where
Figure 00000037
is the fluid transfer rate,
Figure 00000038
is the shear viscosity,
Figure 00000039
is the symmetric permeability tensor,
Figure 00000040
is the mass density of the fluid,
Figure 00000041
is the gravitational potential, and
Figure 00000042
is the partial derivative with respect to Cartesian coordinates.

[0082] Выражение (18) применяют к однофазному потоку, в то время как при многофазном переносе полагают, что существуют отдельные скорости фазового переноса, каждая из которых описана отдельным законом с той же структурой функционала в уравнении (18).[0082] Expression (18) is applied to single-phase flow, while in multi-phase transfer, it is believed that there are separate phase transfer rates, each of which is described by a separate law with the same functional structure in equation (18).

[0083] Когда рассматривают перенос отдельных химических компонентов (таких как вода или метан) пластового флюида, конвективный перенос со скоростью носителя (18) объединяют с диффузионным или дисперсионным переносом. Результирующий поток концентрации представлен следующим образом [E.J. Peters, Petrophysics. University of Texas, 2007, pp. 5-23, 5-24][0083] When considering the transport of individual chemical components (such as water or methane) of the reservoir fluid, convective transport with the speed of the carrier (18) is combined with diffusion or dispersive transport. The resulting concentration stream is presented as follows [E.J. Peters, Petrophysics. University of Texas, 2007, pp. 5-23, 5-24]

[0084]

Figure 00000043
[0084]
Figure 00000043

где

Figure 00000044
представляет собой поток концентрации для i-ого химического компонента,
Figure 00000045
- это концентрация этого компонента, и
Figure 00000046
- это матрица диффузии или дисперсии.where
Figure 00000044
represents the concentration flow for the i -th chemical component,
Figure 00000045
is the concentration of this component, and
Figure 00000046
is the diffusion or dispersion matrix.

[0085] Законы переноса (18), (19) не охватывают все явления переноса, которые наблюдаются в реальных плотных геологических пластах и реальных процессах EOR/IOR. Действительно, в плотных породах могут проявляться осмотические эффекты, такие как рост градиента давления (т. е. прямой осмос, что противоречит (18)) или рост градиента концентрации (т. е. обратный осмос, что противоречит (19)). Дополнительными явлениями, не учтенными в законах переноса, являются электрокинетический перенос, абсорбция и диффузионный перенос углеводородов в органической фазе скелета породы.[0085] The transport laws (18), (19) do not cover all transport phenomena that are observed in real tight geological formations and real EOR/IOR processes. Indeed, in tight rocks, osmotic effects can appear, such as an increase in the pressure gradient (i.e., direct osmosis, which contradicts (18)) or an increase in the concentration gradient (i.e., reverse osmosis, which contradicts (19)). Additional phenomena not taken into account in the transfer laws are electrokinetic transfer, absorption and diffusion transfer of hydrocarbons in the organic phase of the rock matrix.

[0086] В настоящее время четко выявлены множество явлений EOR/IOR в масштабе пор, но эти явления изучают и моделируют отдельно в рамках конкретных моделей. Это приводит к появлению множества различных моделей, которые сами по себе вполне адекватны, но противоречат друг другу, если рассматривать их совместно [Othman, M. B., Jalan, S., Masoudi, R., & Mohd Shaharudin, M. S. B. (2013, July 2). Chemical EOR: Challenges for Full Field Simulation. Society of Petroleum Engineers. doi: 10.2118/165247-MS].[0086] Currently, many pore-scale EOR/IOR phenomena are clearly identified, but these phenomena are studied and modeled separately within specific models. This leads to the emergence of many different models that are quite adequate in themselves, but contradict each other when considered together [Othman, M. B., Jalan, S., Masoudi, R., & Mohd Shaharudin, M. S. B. (2013, July 2) . Chemical EOR: Challenges for Full Field Simulation. Society of Petroleum Engineers. doi: 10.2118/165247-MS].

[0087] Такой ситуации присущи концептуальные трудности в случае выраженно неоднородных коллекторов, когда есть необходимость описывать EOR/IOR в каком-то большом блоке пласта, при этом в резко отличающихся частях этого блока проявляются различные физические и химические эффекты.[0087] This situation has conceptual difficulties in the case of highly heterogeneous reservoirs, when it is necessary to describe the EOR / IOR in some large reservoir block, while different physical and chemical effects appear in sharply different parts of this block.

[0088] Варианты осуществления настоящего изобретения устраняют эту концептуальную трудность путем описания процессов EOR/IOR для репрезентативных образцов пород непосредственно с применением моделирования функционала плотности, в то время как последующий обмен флюидами между различными образцами пород описывают с помощью набора матриц переноса.[0088] Embodiments of the present invention overcome this conceptual difficulty by describing the EOR/IOR processes for representative rock samples directly using density functional modeling, while the subsequent fluid exchange between different rock samples is described using a set of transfer matrices.

[0089] Соответственно, предложена новая процедура количественной оценки и оптимизации технологий EOR/IOR для плотных неоднородных коллекторов, которая основана на следующих этапах.[0089] Accordingly, a new procedure for quantifying and optimizing EOR/IOR technologies for tight heterogeneous reservoirs is proposed, which is based on the following steps.

[0090] Во-первых, геологическую неоднородность коллектора изучают с применением данных каротажа скважины и керновых образцов с идентификацией репрезентативных керновых образцов. Такие репрезентативные керновые образцы применяют для получения 3D-изображений пористого массива с помощью, не ограничиваясь только ими, рентгеновской микротомографии, 3D-визуализации с помощью ЯМР, 3D-реконструкции на основе петрографического анализа шлифов и конфокальной микроскопии, 3D-реконструкции на основе анализа карт 2D-элементов, полученных с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), трехмерной сканирующей электронной микроскопии с фокусированным ионным пучком (FIB-SEM) с возможным добавлением функции энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) и т. д .; цифровой обработки и морфологического анализа трехмерных изображений керна путем последовательного применения фильтрации изображений, сегментации и распознавания ряда свойств. В результате выполнения этого этапа формируют набор цифровых 3D-моделей образцов пористой породы, при этом каждая модель имеет подробное распределение пор и минералогический состав. В одном из вариантов осуществления этот набор цифровых моделей пород интерпретируют как статистическую совокупность, где каждая модель связана со своим индивидуальным весом

Figure 00000047
относительно рассматриваемого коллектора или части такого коллектора. Если V A представляет собой объем конкретной модели, а V res - объем коллектора, то взвешенные значения нормализованы следующим образом[0090] First, the geological heterogeneity of the reservoir is studied using well log data and core samples with the identification of representative core samples. Such representative core samples are used to obtain 3D images of the porous body using, but not limited to, X-ray microtomography, 3D NMR imaging, 3D reconstruction based on petrographic analysis of thin sections and confocal microscopy, 3D reconstruction based on the analysis of 2D maps - elements obtained by scanning electron microscopy (SEM), focused ion beam 3D scanning electron microscopy (FIB-SEM) with the possible addition of an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) function, etc .; digital processing and morphological analysis of three-dimensional core images by sequentially applying image filtering, segmentation and recognition of a number of properties. As a result of this step, a set of digital 3D models of porous rock samples is formed, with each model having a detailed pore distribution and mineralogical composition. In one embodiment, this set of digital rock models is interpreted as a statistical population, where each model is associated with its individual weight.
Figure 00000047
relative to the considered reservoir or part of such a reservoir. If V A is the specific model volume and V res is the reservoir volume, then the weighted values are normalized as follows

[0091]

Figure 00000048
[0091]
Figure 00000048

[0092] Во-вторых, применяя термодинамические свойства пластового флюида и вводимых агентов, цифровые 3D-модели пород и потенциалы взаимодействия между составляющими минералами и компонентами смеси флюида, в аналитической форме строят функционал общей энергии Гельмгольца флюида в породе[0092] Second, using the thermodynamic properties of the reservoir fluid and injected agents, digital 3D rock models and interaction potentials between constituent minerals and components of the fluid mixture, the total Helmholtz energy functional of the fluid in the rock is constructed in analytical form

[0093]

Figure 00000049
[0093]
Figure 00000049

[0094] В этом выражении T представляет собой абсолютную температуру, а

Figure 00000050
- молярные плотности химических компонентов флюида. В частности, явное выражение (21) применяют для получения аналитического выражения химических потенциалов составляющих компонентов
Figure 00000020
.[0094] In this expression, T is the absolute temperature, and
Figure 00000050
- molar densities of the chemical components of the fluid. In particular, the explicit expression (21) is used to obtain an analytical expression for the chemical potentials of the constituent components
Figure 00000020
.

[0095] В-третьих, 3D-распределение химических компонентов флюида в породе численно определяют как абсолютный условный минимум функционала плотности с ограничениями, касающимися общего количества каждого компонента в 3D-модели[0095] Third , the 3D distribution of the chemical components of the fluid in the rock is numerically defined as the absolute conditional minimum of the density functional with restrictions regarding the total amount of each component in the 3D model

[0096]

Figure 00000051
[0096]
Figure 00000051

где N i - это суммарное количество i-ого химического компонента флюида, рассчитанное в молях.whereN i is the total amountith chemical component of the fluid, calculated in moles.

[0097] Предлагаемая аппроксимация квазиравновесного распределения флюида справедлива, когда изменения общего количества компонентов (22) происходят относительно медленно. Обычно это справедливо для процессов EOR/IOR пласта согласно источнику Lake, L.W., Enhanced Oil Recovery, Prentice Hall, 1989. После выполнения упомянутой минимизации можно рассчитать численные значения химических потенциалов, которые являются постоянными для всей 3D-модели.[0097] The proposed approximation of the quasi-equilibrium fluid distribution is valid when changes in the total number of components (22) occur relatively slowly. This is generally true for reservoir EOR/IOR processes according to Lake, L.W., Enhanced Oil Recovery, Prentice Hall, 1989. After performing the above minimization, chemical potential values can be calculated that are constant throughout the 3D model.

[0098]

Figure 00000052
[0098]
Figure 00000052

[0099] В-четвертых, скорость обмена компонентами флюида между типичными кусками породы характеризуется матрицей переноса компонентов

Figure 00000053
и вызвана разницей в химических потенциалах[0099] Fourth , the rate of fluid component exchange between typical rock pieces is characterized by the component transfer matrix
Figure 00000053
and is caused by the difference in chemical potentials

[0100]

Figure 00000054
[0100]
Figure 00000054

[0101] Матрица переноса на границе между двумя кусками породы A и B,

Figure 00000053
, может быть рассчитана численно с применением моделирования функционала плотности. То же уравнение (24) применяют для описания скорости обмена между образцом породы A и соседней средой B за пределами рассматриваемого коллектора или его части (например, нагнетательная скважина, добывающая скважина, водоносный горизонт и т. д.). К тому же, в этом последнем случае скорость обмена флюида вызвана разницей химических потенциалов между образцом породы A и соседней средой B, и матрица переноса
Figure 00000055
может быть рассчитана численно с применением моделирования функционала плотности.[0101] Transfer matrix at the boundary between two pieces of rock A and B,
Figure 00000053
, can be calculated numerically using density functional modeling. The same equation (24) is used to describe the rate of exchange between rock sample A and adjacent media B outside the considered reservoir or part of it (eg, injection well, production well, aquifer, etc.). Also, in this latter case, the fluid exchange rate is caused by the chemical potential difference between the rock sample A and the neighboring environment B, and the transfer matrix
Figure 00000055
can be calculated numerically using density functional modeling.

[0102] В-пятых, для разных сценариев EOR/IOR результирующую динамику общего количества химических компонентов можно оценить с применением скорости обмена (24):[0102] Fifth , for different EOR/IOR scenarios, the resulting dynamics of the total number of chemical components can be estimated using the exchange rate (24):

[0103]

Figure 00000056
[0103]
Figure 00000056

[0104] В частности, это обеспечивает количественную оценку добычи углеводородов и позволяет выбрать оптимальный сценарий.[0104] In particular, this provides a quantitative assessment of hydrocarbon production and allows you to choose the best scenario.

[0105] В одном из вариантов осуществления этапы четвертый и пятый могут быть заменены заключительным этапом, на котором оценивают первичное извлечение и извлечение по различным сценариям повышения нефтеотдачи путем расчета динамических показателей общих извлеченных химических компонентов для каждой рассматриваемой 3D-модели породы, а также выбора оптимального сценария для выполнения.[0105] In one embodiment, steps four and five can be replaced by a final step that evaluates primary recovery and recovery under various enhanced oil recovery scenarios by calculating dynamic total chemical components recovered for each 3D rock model considered, as well as selecting the optimal script to execute.

[0106] Чтобы продемонстрировать применение настоящего изобретения, был выбран сценарий EOR для пласта плотной породы с применением методологии, содержащейся в Ур. (20)-(25). Для оценки геологической неоднородности пласта были изучены несколько репрезентативных керновых образцов. Из этих керновых образцов был извлечен набор репрезентативных блоков породы, который интерпретировали как статистическую совокупность, особенно в соответствии с упомянутым выше анализом многофазного потока. Для имитации распределения флюида, соответствующего различным сценариям применения EOR, применяли как репрезентативные блоки пород, так и репрезентативные керновые образцы. Имитации осуществляли с применением гидродинамических характеристик функционала плотности (DFH). Общую дополнительную добычу химических компонентов, относящуюся к сценариям EOR, оценивали с применением начальных количеств компонентов в соответствии с Ур. (8), и был выбран оптимальный сценарий EOR, обеспечивающий максимальную дополнительную добычу по полезным компонентам.[0106] To demonstrate the application of the present invention, an EOR scenario was selected for a tight rock formation using the methodology contained in Eq. (20)-(25). Several representative core samples were studied to evaluate the geological heterogeneity of the reservoir. From these core samples, a set of representative rock blocks was extracted and interpreted as a statistical population, especially in accordance with the multiphase flow analysis mentioned above. Both representative rock blocks and representative core samples were used to simulate fluid distribution corresponding to various EOR application scenarios. Simulations were performed using density functional hydrodynamics (DFH). The total incremental production of chemical constituents related to the EOR scenarios was estimated using the initial quantities of constituents in accordance with Eq. (8), and the optimal EOR scenario was chosen, which provides the maximum additional production for useful components.

[0107] С применением набора двумерных изображений высокого разрешения, подобных тем, которые показаны на Фиг. 1, построили статистическую совокупность цифровых 3D-моделей высокого разрешения; пример одной модели из такой совокупности показан на Фиг. 3. Начальные равновесные распределения химических компонентов, описываемые Ур. (22) и (23), имитировали в порах моделей с помощью DFH (Фиг. 4). Описание свойств химических компонентов, применяемое в имитациях DFH, было основано на функционале энергии Гельмгольца по Ур. (21). Кроме того, с помощью набора изображений с более низким разрешением, аналогичных показанным на Фиг. 2, и информации о распределении химических компонентов (т. е. аналогичной показанному на Фиг. 4), полученной в статистической совокупности моделей высокого разрешения, построена статистическая совокупность цифровых 3D-моделей более крупного масштаба, содержащих признаки неоднородности; пример такой модели показан на Фиг. 5.[0107] Using a set of high resolution 2D images like those shown in FIG. 1, built a statistical set of high-resolution 3D digital models; an example of one model from such a collection is shown in Fig. 3. Initial equilibrium distributions of chemical components described by Eq. (22) and (23) were simulated in pore models using DFH (Fig. 4). The description of the properties of the chemical components used in the DFH simulations was based on the Helmholtz energy functional according to Eq. (21). In addition, with a set of lower resolution images similar to those shown in FIG. 2 and information about the distribution of chemical components (i.e., similar to that shown in Fig. 4) obtained in the statistical set of high-resolution models, a statistical set of digital 3D models of a larger scale is built, containing features of heterogeneity; An example of such a model is shown in Fig. 5.

[0108] На следующем этапе численно смоделировали первичную добычу с учетом механизма газлифта с применением как статистической совокупности моделей высокого разрешения, так и статистической совокупности моделей более крупного масштаба. Моделирование в пределах отдельных 3D-моделей высокого разрешения проводили с применением численных 3D-имитаций в масштабе пор, в которых учитывали явления, происходящие в многофазном составе, физические явления наномасштабного уровня и неклассические термодинамические эффекты (неравновесная термодинамика малых систем). А именно, численные имитации осуществляли с применением методов DFH, учитывающих соответствующие явления, такие как поток при широком диапазоне числа Кнудсена, диффузионный и конвективный перенос, расклинивающее давление, эффекты прямого и обратного осмоса, капиллярная конденсация, предшественники тонких пленок и аномальная реология, гистерезис контактного угла, обусловленный шероховатостью и количеством капилляров, адсорбция, накопление и десорбция твердых органических компонентов. Результаты численных имитаций, полученные таким образом, обеспечили минимизацию функционала энергии Гельмгольца в Ур. (21) и выполнение необходимых условий по Ур. (22) и (23) (Фиг. 8A).[0108] In the next step, primary production was numerically modeled taking into account the gas lift mechanism using both a statistical set of high resolution models and a statistical set of models of a larger scale. Modeling within separate high-resolution 3D models was carried out using pore-scale 3D numerical simulations, which took into account phenomena occurring in a multiphase composition, physical phenomena at the nanoscale level, and non-classical thermodynamic effects (non-equilibrium thermodynamics of small systems). Namely, numerical simulations were performed using DFH methods that take into account relevant phenomena such as flow over a wide range of Knudsen numbers, diffusion and convection transport, disjoining pressure, direct and reverse osmosis effects, capillary condensation, thin film precursors and anomalous rheology, contact hysteresis angle, due to the roughness and the number of capillaries, adsorption, accumulation and desorption of solid organic components. The results of numerical simulations obtained in this way ensured the minimization of the Helmholtz energy functional in Eq. (21) and the fulfillment of the necessary conditions according to Eq. (22) and (23) (Fig. 8A).

[0109] Из результатов численных имитаций на статистической совокупности цифровых 3D-моделей высокого разрешения были извлечены матрицы переноса

Figure 00000053
. Эти матрицы применяли в численных имитациях первичного извлечения на статистической совокупности моделей более крупного масштаба. Численные имитации на моделях более крупного масштаба осуществляли путем численного решения Ур. (24) (Фиг. 9A).[0109] From the results of numerical simulations on a statistical population of high-resolution 3D digital models, transfer matrices were extracted
Figure 00000053
. These matrices were used in numerical simulations of primary extraction on a larger scale statistical population of models. Numerical simulations on larger scale models were performed by numerically solving Eq. (24) (Fig. 9A).

[0110] После имитации процесса первичного извлечения смоделировали ряд сценариев EOR (Фиг. 8B и 9B) с применением той же методологии, которую применяли при имитации первичного извлечения. Отличия между отдельными сценариями EOR заключались в типе, количестве и способе применения агента повышения нефтеотдачи (EOR), а также в физическом механизме взаимодействия этого агента с флюидами и породой. Описание агента EOR было основано на функционале энергии Гельмгольца по Ур. (21).[0110] After simulating the primary extraction process, a number of EOR scenarios were simulated (FIGS. 8B and 9B) using the same methodology that was used to simulate the primary extraction. The differences between the individual EOR scenarios were in the type, amount and method of application of the enhanced oil recovery agent (EOR), as well as in the physical mechanism of interaction of this agent with fluids and rock. The description of the EOR agent was based on the Helmholtz energy functional according to Eq. (21).

[0111] На заключительном этапе оценивали сценарии первичного извлечения и отдельные сценарии EOR путем расчета динамических показателей всех извлеченных химических компонентов с применением Ур. (25) (Фиг.10). На основании этой информации был выбран оптимальный сценарий EOR. Затем, исходя из выбранного сценария, могут быть выполнены оптимальные операции по первичному извлечению и применению методов EOR.[0111] In the final step, primary recovery scenarios and individual EOR scenarios were evaluated by calculating the dynamic performance of all recovered chemical components using Eq. (25) (Fig. 10). Based on this information, the optimal EOR scenario was selected. Then, based on the chosen scenario, optimal operations for primary extraction and application of EOR methods can be performed.

[0112] Вышеприведенное описание содержит иллюстрации и разъяснения, но не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать идеи изобретения точной изложенной формой. В свете вышеизложенных идей возможны модификации и вариации, которые также могут быть получены в результате практического применения методик, изложенных в настоящем описании.[0112] The foregoing description contains illustrations and explanations, but is not intended to be exhaustive or to limit the inventive ideas to the exact form set forth. In light of the foregoing ideas, modifications and variations are possible, which can also be obtained as a result of the practical application of the techniques described in the present description.

[0113] Даже несмотря на то, что в формуле изобретения изложены и/или в описании раскрыты конкретные комбинации признаков, эти комбинации не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Фактически, многие из этих признаков могут быть объединены способами, которые конкретно не указаны в формуле изобретения и/или раскрыты в описании. Хотя каждый зависимый пункт формулы, приведенный ниже, может напрямую зависеть только от одного другого пункта формулы изобретения, описание включает в себя каждый зависимый пункт формулы в сочетании с каждым другим пунктом формулы изобретения.[0113] Even though specific combinations of features are set forth in the claims and/or the description discloses, these combinations are not intended to limit the present invention. In fact, many of these features may be combined in ways that are not specifically stated in the claims and/or disclosed in the specification. Although each dependent claim below may directly depend on only one other claim, the description includes each dependent claim in combination with every other claim.

[0114] Ни один элемент, действие или инструкция, применяемые в настоящей заявке, не следует рассматривать как критически важные или существенные для изобретения, если они явно не описаны как таковые за пределами предпочтительного варианта осуществления. Кроме того, фраза «на основе» предназначена для обозначения «основанный по меньшей мере частично на», если явно не указано иное.[0114] No element, act, or instruction used in this application should be considered critical or essential to the invention unless they are expressly described as such outside of the preferred embodiment. In addition, the phrase "based on" is intended to mean "based at least in part on" unless explicitly stated otherwise.

Claims (59)

1. Способ оценивания флюидов в плотном углеводородном коллекторе внутри неоднородного геологического пласта или его участка, причем способ включает:1. A method for evaluating fluids in a tight hydrocarbon reservoir within a heterogeneous geological formation or section thereof, the method comprising: а) получение физических параметров флюидов и пласта;a) obtaining physical parameters of fluids and formation; b) построение по меньшей мере одной трехмерной (3D) модели плотного углеводородного коллектора с применением физических параметров, причем такая трехмерная модель содержит имитацию структуры пор и минералогического состава;b) building at least one three-dimensional (3D) model of a dense hydrocarbon reservoir using physical parameters, and such a three-dimensional model contains a simulation of the pore structure and mineralogical composition; c) вычисление количества углеводорода для каждой указанной трехмерной модели на этапе b);c) calculating the amount of hydrocarbon for each specified 3D model in step b); d) вычисление общего количества запасов углеводородов; иd) calculation of total hydrocarbon reserves; and e) создание плана разработки, основанного на расчетных общих запасах углеводородов.e) creation of a development plan based on estimated total hydrocarbon reserves. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что физические параметры флюидов получают от зондов флюидов, расположенных внутри углеводородного коллектора.2. The method of claim 1, wherein the physical parameters of the fluids are obtained from fluid probes located within the hydrocarbon reservoir. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что физические параметры пласта получают из образцов пласта.3. The method according to claim 1, characterized in that the physical parameters of the formation are obtained from formation samples. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе c) количество углеводорода получают путем расчета условной минимизации функционала энергии Гельмгольца.4. The method according to claim 1, characterized in that in step c) the amount of hydrocarbon is obtained by calculating the conditional minimization of the Helmholtz energy functional. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что 3D-модели создают на основании аналитического выражения плотности функционала энергии Гельмгольца.5. The method according to claim 4, characterized in that 3D models are created on the basis of an analytical expression for the density of the Helmholtz energy functional. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что функция энергии Гельмгольца в плотном углеводородном коллекторе имеет вид:6. The method according to p. 4, characterized in that the Helmholtz energy function in a dense hydrocarbon reservoir has the form:
Figure 00000057
,
Figure 00000057
,
где T представляет собой абсолютную температуру плотного углеводородного коллектора; n i - это молярные плотности химических компонентов; а нижний индекс - это порядковый номер конкретного химического компонента, и, соответственно, химические потенциалы κ i рассчитывают с помощью следующего аналитического выражения:where T is the absolute temperature of the dense hydrocarbon reservoir; n i are the molar densities of the chemical components; and the subscript is the serial number of a particular chemical component, and, accordingly, the chemical potentials κ i are calculated using the following analytical expression:
Figure 00000058
.
Figure 00000058
.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что функционал общей энергии Гельмгольца в плотном углеводородном коллекторе имеет вид7. The method according to p. 6, characterized in that the functional of the total Helmholtz energy in a dense hydrocarbon reservoir has the form
Figure 00000059
,
Figure 00000059
,
где T представляет собой абсолютную температуру плотного углеводородного коллектора; n i - это молярные плотности химических компонентов, а химические потенциалы κ i рассчитывают с помощью следующего аналитического выражения:where T is the absolute temperature of the dense hydrocarbon reservoir; n i are the molar densities of the chemical components, and the chemical potentials κ i are calculated using the following analytical expression:
Figure 00000060
.
Figure 00000060
.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что средние молярные плотности
Figure 00000061
сначала рассчитывают на этапе d) по формуле:
8. The method according to p. 1, characterized in that the average molar densities
Figure 00000061
first calculated in step d) using the formula:
Figure 00000062
,
Figure 00000062
,
где интегрирование осуществляют по 3D-модели M(k) с общим объемом V(k), с последующим отнесением 3D-распределения флюида к газу и нефти с получением средних плотностей по формулам:where the integration is carried out over a 3D model M(k) with a total volume V(k) , with subsequent assignment of the 3D fluid distribution to gas and oil to obtain average densities using the formulas:
Figure 00000063
Figure 00000063
Figure 00000064
.
Figure 00000064
.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что общее количество запасов углеводородов в молях B i химического компонента с порядковым номером i в плотном углеводородном коллекторе рассчитывают следующим образом:9. The method according to p. 8, characterized in that the total amount of hydrocarbon reserves in molesB i chemical component with serial numberi in a dense hydrocarbon reservoir is calculated as follows:
Figure 00000065
Figure 00000065
Figure 00000066
Figure 00000066
Figure 00000067
,
Figure 00000067
,
где V представляет собой объем плотного углеводородного коллектора,
Figure 00000068
- это частота или вероятность конкретной 3D-модели M(k) в плотном углеводородном коллекторе.
where V is the volume of a tight hydrocarbon reservoir,
Figure 00000068
is the frequency or probability of a particular 3D model M(k) in a tight hydrocarbon reservoir.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что общее количество запасов углеводородов B i преобразуют в единицы массы путем умножения молярной массы компонента m i :10. The method according to claim 9, characterized in that the total amount of hydrocarbon reserves B i is converted into mass units by multiplying the molar mass of the component m i :
Figure 00000069
Figure 00000069
Figure 00000070
Figure 00000070
Figure 00000071
.
Figure 00000071
.
11. Способ по п. 1, в котором на этапе d) общее количество запасов углеводородов рассчитывают с применением общего объема коллектора, расчетных количеств для 3D-моделей M(k) и их относительной частоты встречаемости в коллекторе или части коллектора.11. The method of claim 1, wherein in step d) the total amount of hydrocarbon reserves is calculated using the total volume of the reservoir, the calculated quantities for the 3D models M(k) and their relative frequency of occurrence in the reservoir or part of the reservoir. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эти этапы выполняют для множества 3D-моделей, которые в совокупности составляют часть плотного углеводородного коллектора.12. The method of claim 1 wherein these steps are performed on a plurality of 3D models that collectively form part of a tight hydrocarbon reservoir. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные этапы выполняют для множества залежей с целью оценивания совокупных запасов путем сложения общих запасов углеводородов каждой из залежей.13. The method according to claim. 1, characterized in that these steps are performed for a plurality of deposits in order to estimate the total reserves by adding the total hydrocarbon reserves of each of the deposits. 14. Способ оценивания и оптимизации технологий повышения нефтеотдачи или усовершенствованных методов разработки для плотных углеводородных коллекторов, включающий:14. A method for evaluating and optimizing enhanced oil recovery technologies or improved development methods for tight hydrocarbon reservoirs, including: a) построение трехмерных моделей породы для пористой породы с применением физических свойств и трехмерных изображений пористого массива для репрезентативных керновых образцов из плотных углеводородных коллекторов, причем трехмерная модель породы содержит распределение пор и минералогический состав;a) building 3D rock models for porous rock using physical properties and 3D images of the porous body for representative core samples from tight hydrocarbon reservoirs, the 3D rock model containing pore distribution and mineralogical composition; b) построение общего компонента флюида в трехмерных моделях пород на этапе а);b) building a common fluid component in 3D rock models in step a); c) расчет трехмерного распределения компонентов флюида в трехмерных моделях пород;c) calculation of 3D distribution of fluid components in 3D rock models; d) расчет скорости обмена компонентов флюида между трехмерными моделями пород;d) calculating the rate of exchange of fluid components between 3D rock models; e) расчет динамических показателей общего количества компонентов флюида в плотном углеводородном коллекторе; иe) calculation of dynamic indicators of the total number of fluid components in a tight hydrocarbon reservoir; and f) создание плана разработки, основанного на расчетных динамических показателях.f) creation of a development plan based on calculated dynamic performance. 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что на этапе a) каждая из по меньшей мере одной трехмерной модели породы связана с весовым показателем
Figure 00000072
для коллектора, а весовые показатели
Figure 00000072
нормализованы согласно:
15. The method according to claim 14, characterized in that in step a) each of at least one three-dimensional rock model is associated with a weight index
Figure 00000072
for the collector, and the weights
Figure 00000072
normalized according to:
Figure 00000073
,
Figure 00000073
,
где V A представляет собой объем одной конкретной трехмерной модели породы, а V res - это объем коллектора.where V A is the volume of one particular 3D rock model and V res is the volume of the reservoir. 16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что на этапе b) общая смесь флюида описана с применением функционала общей энергии Гельмгольца, описанной формулой:16. The method according to claim 14, characterized in that in step b) the total fluid mixture is described using the total Helmholtz energy functional described by the formula:
Figure 00000059
,
Figure 00000059
,
где T представляет собой абсолютную температуру плотного углеводородного коллектора, а n i - это молярные плотности компонентов флюида.where T is the absolute temperature of the dense hydrocarbon reservoir and n i are the molar densities of the fluid components. 17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что химические потенциалы κ i компонентов флюида рассчитывают с помощью следующего выражения:17. The method according to claim 16, characterized in that the chemical potentials κ i of the fluid components are calculated using the following expression:
Figure 00000060
.
Figure 00000060
.
18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что общее количество компонентов флюида в трехмерной модели породы рассчитывают с помощью следующего выражения:18. The method according to claim 14, characterized in that the total amount of fluid components in the three-dimensional rock model is calculated using the following expression:
Figure 00000074
,
Figure 00000074
,
где N i - это общее количество одного компонента флюида в плотном углеводородном коллекторе.where N i is the total amount of one fluid component in a tight hydrocarbon reservoir. 19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что скорость обмена
Figure 00000075
рассчитывают с помощью следующего выражения:
19. The method according to p. 18, characterized in that the exchange rate
Figure 00000075
calculated using the following expression:
Figure 00000076
,
Figure 00000076
,
где
Figure 00000077
представляет собой матрицу переноса компонента флюида, а
Figure 00000078
- это отличие в химических потенциалах.
where
Figure 00000077
is the fluid component transfer matrix, and
Figure 00000078
is the difference in chemical potentials.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что общее количество компонентов флюида рассчитывают с применением следующего выражения:20. The method according to claim 19, characterized in that the total amount of fluid components is calculated using the following expression:
Figure 00000079
,
Figure 00000079
,
где N i tot - это общее количество одного компонента флюида в плотном углеводородном коллекторе.where N i tot is the total amount of one fluid component in a tight hydrocarbon reservoir.
RU2021120293A 2018-12-11 Method and system for estimating the hydrocarbon reserves in an inhomogeneous layer RU2778354C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2778354C1 true RU2778354C1 (en) 2022-08-17

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2090907A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-19 Exxonmobil Upstream Research Company Method for determining the properties of hydrocarbon reservoirs from geophysical data
US20160369601A1 (en) * 2013-12-30 2016-12-22 Sergey Sergeevich Safonov Method for estimating petrophysical properties of a hydrocarbon reservoir
WO2017028161A1 (en) * 2015-08-17 2017-02-23 Irock Technologies Co., Ltd Nmr anaylysis system and method for porous media
WO2017079178A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-11 Schlumberger Technology Corporation Cloud-based digital rock analysis and database services

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2090907A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-19 Exxonmobil Upstream Research Company Method for determining the properties of hydrocarbon reservoirs from geophysical data
US20160369601A1 (en) * 2013-12-30 2016-12-22 Sergey Sergeevich Safonov Method for estimating petrophysical properties of a hydrocarbon reservoir
WO2017028161A1 (en) * 2015-08-17 2017-02-23 Irock Technologies Co., Ltd Nmr anaylysis system and method for porous media
WO2017079178A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-11 Schlumberger Technology Corporation Cloud-based digital rock analysis and database services

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Satter et al. Practical enhanced reservoir engineering
US8738341B2 (en) Method for reservoir characterization and monitoring including deep reading quad combo measurements
Romero-Sarmiento et al. Quantitative evaluation of TOC, organic porosity and gas retention distribution in a gas shale play using petroleum system modeling: Application to the Mississippian Barnett Shale
US10907472B2 (en) Method and system for enhancing hydrocarbon operations
US20130046524A1 (en) Method for modeling a reservoir basin
EP3759527A1 (en) Locating new hydrocarbon fields and predicting reservoir performance from hydrocarbon migration
CN113348458B (en) Method and system for evaluating hydrocarbons in a heterogeneous formation
US9422800B2 (en) Method of developing a petroleum reservoir from a technique for selecting the positions of the wells to be drilled
BR112013015288A2 (en) upward scaling method with a digital pore scale rock modeling data processing system representing rock
US20190203593A1 (en) Method and System for Modeling in a Subsurface Region
Zhang MPS-driven digital rock modeling and upscaling
CN111060672A (en) Method for reproducing whole history process of forming high-temperature overpressure natural gas reservoir
CN110259439A (en) For evaluating the method and device of carbonate rock fault sealing property Evolutionary History
Wimmers et al. Integration of sedimentology, petrophysics and rock typing as key to understanding a tight gas reservoir
Al-Sulami et al. The unconventional shale reservoirs of jafurah basin: An integrated petrophysical evaluation using cores and advanced well logs
Deutsch et al. Challenges in reservoir forecasting
Jasim et al. Specifying quality of a tight oil reservoir through 3-d reservoir modeling
Zhang et al. Using digital rock modeling to estimate permeability and capillary pressure from NMR and geochemical logs
RU2778354C1 (en) Method and system for estimating the hydrocarbon reserves in an inhomogeneous layer
WO2020047451A1 (en) Digitial multi-phase flow analysis system for assisting enhanced oil recovery
Mangione et al. Estimation of pre-dolomitisation porosity and permeability of a nummulitic carbonate reservoir rock using the Multi-Component Architecture Method (MCAM)
Arsenyev-Obraztsov Generation of Petrophysical Parameters for Forecasting of Oil and Gas Deposits Development, Digital Core and Multi-scale
Cudjoe An Integrated Shale Oil Characterization Workflow for Hydrocarbon Gas Huff-n-Puff Candidates
Archer et al. Evaluation of formation damage in heterogeneous reservoirs
Götzl et al. Coupled Geothermal-Hydraulic 3D Modeling of the Southern Vienna Basin. A State of the Art Decision Planning Tool for Sustainable Hydrothermal Exploitation Inside an Environ-Ment of Sensitive Hydraulic Circulation Systems