Экспериментальное моделирование фильтрации газа в низкопроницаемых коллекторах с использованием низкочастотной ядерной магнитно-резонансной релаксометрии

UDK: 622.276.031.011.433:556.822.3

DOI: 10.24887/0028-2448-2025-7-99-105

Ключевые слова: низкопроницаемый коллектор, плотный песчаник, ачимовская свита, относительные фазовые проницаемости, ядерный магнитный резонанс, распределение пор по размерам

Авт.: А.З. Мухаметдинова, к.т.н. (Сколковский институт науки и технологий); Т.И. Юнусов (Сколковский институт науки и технологий); Д.В. Сергеева1, к.т.н. (Сколковский институт науки и технологий); Д.И. Бакулин (Сколковский институт науки и технологий); Д.О. Давыдов (Сколковский институт науки и технологий); П.А. Гришин (Сколковский институт науки и технологий); А.Н. Черемисин, к.т.н. (Сколковский институт науки и технологий)

Основными характеристиками сложнопостроенных коллекторов являются высокая неоднородность и анизотропия порового пространства, низкая проницаемость, обусловленная наноразмерными поровыми каналами, влиянием капиллярных сил и диффузии, активным массообменом между фазами и присутствием твердых нерастворимых органических соединений в матрице породы. Эти факторы затрудняют применение существующих физических и математических моделей описания фильтрации флюидов с достаточной точностью и влияют на корректность оценки извлекаемых запасов углеводородов и эффективности различных технологических стратегий разработки, в частности в низкопроницаемых породах. Одним из важнейших параметров многофазного потока через пористую среду является относительная фазовая проницаемость (ОФП). Применение стандартных методик по определению ОФП для низкопроницаемых коллекторов затруднено по причине длительности исследований и значительных погрешностей определения фазовой насыщенности. Целью работы является формирование методических подходов к лабораторному определению ОФП в низкопроницаемых образцах керна с использованием ядерной магнитно-резонансной релаксометрии с профилированием для определения насыщенности при выполнении фильтрационного эксперимента. В статье описывается определение ОФП в системах вода – газ и нефть – газ при поддержании пластового давления, а также изменение структуры порового пространства пород в процессе фильтрации газов. Влияние различных скоростей потока флюидов на параметры фильтрации изучено при проведении стационарных и нестационарных тестов для карбонатных пород и плотного песчаника. Полученные результаты хорошо согласуются с данными рентгеновского сканирования для моделей-дублеров.

Список литературы

1. Нефть и газ низкопроницаемых сланцевых толщ – резерв сырьевой базы углеводородов России / O.M. Прищепа, O.Ю. Аверьянова, A.A. Ильинский,

Д. Морариу // СПб.: ВНИГРИ, 2014. – 323 c. – EDN: ZCOAPN

2. Запасы, ресурсы и перспективы промышленного освоения ачимовского газонефтеносного комплекса севера Западной Сибири / Е.С. Давыдова,

Г.Р. Пятницкая, В.А. Скоробогатов, Д.А. Соин // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». – 2019. – № 4 (41). – С. 121–133. – EDN: VTSOXW

3. Курбанов А.К. Методика расчета относительной фазовой проницаемости нефти при фильтрации смеси нефти, газа и воды // Нефтепромысловое

дело. – 2023. – № 1 (649). – С. 55–59. – https://doi.org/10.33285/0207-2351-2023-1(649)-55-59. – EDN: PQEWWT

4. Sander R., Pan Z., Connell L.D. Laboratory Measurement of Low Permeability Unconventional Gas Reservoir Rocks: A Review of Experimental Methods //

Journal of Natural Gas Science and Engineering. ‒ 2017. ‒ T. 37. – Р. 248–279. ‒ https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.11.041. ‒ EDN: YVYBKJ

5. Mukherjee M., Vishal V. Gas transport in shale: A critical review of experimental studies on shale permeability at a mesoscopic scale // Earth-Science Rev. – 2023. – V. 244. – Р. 104522. – https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104522

6. Dacy J.M. Core Tests for Relative Permeability of Unconventional Gas Reservoirs // SPE-135427-MS. – 2010. – https://doi.org/10.2118/135427-MS

7. Relative permeability estimation of oil − water two-phase flow in shale reservoir / Y.-L. Su, J.-L. Xu, W.-D. Wang [et al.] // Pet. Sci. – 2022. – V. 19. – P. 1153–1164. – https://doi.org/10.1016/j.petsci.2021.12.024

8. Residual trapping of CO2, N2, and a CO2-N2 mixture in Indiana limestone using robust NMR coreflooding: Implications for CO2 geological storage. / A. Alanazi,

A. Baban, M. Ali [et al.] // Fuel. – 2013. – V. 353. – P. 129221. – https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.129221

9. Robust NMR Examination of the Three-Phase Flow Dynamics of Carbon Geosequestration Combined with Enhanced Oil Recovery in Carbonate Formations /

A. Baban, M. Hosseini, A. Keshavarz [et al.] // Energy & Fuels. – 2024. – V. 38. – P. 2167–2176. – https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c04674

10. Mitchell J., Howe A.M., Clarke A. Real-time oil-saturation monitoring in rock cores with low-field NMR // J. Magn. Reson. – 2015. – V. 256. – P. 34–42. – https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jmr.2015.04.011

11. Определение относительных фазовых проницаемостей для системы нефть – газ в низкопроницаемых коллекторах ачимовских отложений / А.З. Мухаметдинова, Д.Б. Доржи, Д.А. Бакулин [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2024. – № 7. – С. 98–103. – https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-7-98-103. –

EDN: NYHNAT

12. Abragam A. The Principles of Nuclear Magnetism. – Clarendon Press, Oxford, 1961. – https://doi.org/10.1063/1.3057238

13. Bloembergen N., Purcell E.M., Pound R.V. Relaxation Effects in Nuclear Magnetic Resonance Absorption // Phys. Rev. – 1948. – V. 73. – https://doi.org/10.1103/PhysRev.73.679

14. Core analysis by low-field NMR / C. Straley, D. Rossini, H.J. Vinegar [et al.] // The Log Analyst. – 1997. – V. 38. – P. 84–94.