geologyИзвестия высших учебных заведений. Геология и разведкаProceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration0016-77622618-8708Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting10.32454/0016-7762-2025-67-3-51-59HSMCXCgeology-1203Research ArticleГЕОЛОГИЯ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВGEOLOGY AND PROSPECTING FOR HYDROCARBON RESERVESСравнение результатов определения остаточной водонасыщенности в атмосферных и термобарических условияхComparison of irreducible water saturation measurements under ambient and reservoir conditionshttps://orcid.org/0009-0001-4078-6656ХохолковА. Г.KhokholkovA. G.
Хохолков Алексей Георгиевич — кандидат физико-математических наук, старший эксперт лаборатории петрофизических исследований керна
7, ул. Пожарных и спасателей, г. Тюмень 625031
Alexey G. Khokholkov — Сand. of Sci. (Phys.-Math.), senior expert of the laboratory of petrophysical core research
7, Pozharnykh i spasateley str., Tyumen 625031
AGKhokholkov@novatek.ruhttps://orcid.org/0009-0008-2752-6842ЧашковА. В.ChashkovA. V.
Чашков Анатолий Васильевич — кандидат физико-математических наук, эксперт по петрофизике
90/2, Ленинский проспект, г. Москва 119313
Anatoliy V. Chashkov — Сand. of Sci. (Phys.-Math.), petrophysics expert
90/2, Leninsky ave., Moscow 119313
Anatoliy.Chashkov@novatek.ruhttps://orcid.org/0009-0003-8496-1174КорытовВ. С.KorytovV. S.
Корытов Виталий Сергеевич — заместитель директора лабораторно-исследовательского центра; доцент кафедры геологии месторождений нефти и газа
7, ул. Пожарных и спасателей, г. Тюмень 625031;
38, ул. Володарского, г. Тюмень 625000
Vitaly S. Korytov — deputy director of the laboratory research center; Associate Professor of the department of geology of oil and gas fields at IUT
7, Pozharnykh i spasateley str., Tyumen 625031;
38, Volodarskogo str., Tyumen 62500
vskorytov@novatek.ruООО «НОВАТЭК НТЦ»РоссияNOVATEK STCRussian FederationПАО «НОВАТЭК»РоссияNOVATEK PJSCRussian FederationООО «НОВАТЭК НТЦ»; ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет» (ТИУ)РоссияNOVATEK STC; Industrial University of TyumenRussian Federation2025211020256735159Copyright © Хохолков А.Г., Чашков А.В., Корытов В.С., 20252025Хохолков А.Г., Чашков А.В., Корытов В.С.Khokholkov A.G., Chashkov A.V., Korytov V.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geology-mgri.ru/jour/article/view/1203Введение
Введение. В лабораторной практике общепринятым методом для определения остаточной водонасыщенности (Кво) и кривых капиллярного давления (ККД) является метод полупроницаемой мембраны в групповом капилляриметре. Получаемые в групповых капилляриметрах значения Кво (ККД) определяются в атмосферных условиях, и для дальнейшего использования результатов в петрофизической, геологической и гидродинамической моделях требуется их приведение к пластовым условиям.
Цель
Цель. Целью работы является экспериментальное исследование влияния давления и температуры на определяемые значения Кво и кривые капиллярного давления при переходе от атмосферных условий к пластовым на одних и тех же образцах керна.
Материалы и методы
Материалы и методы. По аналогии с другими ранее выполненными в различных лабораторных центрах работами в смежных областях проведены исследования, заключающиеся в последовательном определении водонасыщенности и электрического сопротивления образцов при различных сочетаниях эффективного давления обжима и температуры: в групповом капилляриметре и в индивидуальном капилляриметре. Кроме того, за предшествующий период был накоплен массив данных по определению капиллярных кривых в атмосферных и пластовых условиях в различных лабораториях. Проведен анализ имеющихся данных.
Результаты
Результаты. Наблюдается систематическое снижение значений Кво в индивидуальном капилляриметре по сравнению с групповым. При температуре, соответствующей атмосферным условиям, увеличение эффективного давления приводит к уменьшению наблюдаемых значений Кво. Влияние температуры на значения Кво достоверно определить не удалось.
Заключение
Заключение. Наблюдается несоответствие полученных результатов исходным предположениям о влиянии условий эксперимента на значение Кво. Требуется проведение дополнительных исследований и, возможно, ревизия имеющихся подходов к проведению измерений применительно к изучаемым объектам.
Background
Background. In laboratory practice, the method of semi-permeable membranes using a batch porous plate is a conventional technique for determining irreducible water saturation (Swirr) and capillary pressure curves (CPC). The Swirr and CPC values obtained under ambient conditions in batch porous plates must be adjusted to reservoir conditions before they can be effectively applied in petrophysical, geological, and hydrodynamic models.
Aim
Aim. To investigate experimentally the effect of pressure and temperature on the measured values of Swirr and CPC when transitioning from ambient to reservoir conditions using the same core samples.
Materials and methods
Materials and methods. By analogy with other previously completed works in various laboratory centers in related fields, our experiments included the sequential determination of water saturation and electrical resistivity of core samples under various combinations of effective confining pressure and temperature, using both a batch porous plate and an individual cell porous plate with semi-permeable membranes. In addition, we analyzed a comprehensive dataset on capillary pressure curves measured under ambient and reservoir conditions in different laboratories.
Results
Results. A systematic decrease in the measured values of Swirr was observed in the individual cell porous plate compared to the batch porous plate. Under temperatures corresponding to ambient conditions, an increase in effective pressure led to a reduction in the observed Swirr values. The influence of temperature on Swirr could not be reliably determined.
Conclusion
Conclusion. The obtained results show discrepancies with the initial assumptions regarding the impact of experimental conditions on Swirr values. Further studies are required, and a revision of existing measurement approaches may be necessary for the studied objects.
кернкапилляриметриякривая капиллярного давлениятермобарические условияcorebatch porous plateindividual cell porous platesemi-permeable membraneirreducible water saturationcapillary pressure curveambient and reservoir conditionsисследования проведены в рамках договорных работ.no financial support was provided for this study.
В лабораторной практике общепринятым методом для определения остаточной водонасыщенности (Кво) и кривых капиллярного давления (ККД) является метод полупроницаемой мембраны в групповом капилляриметре [1].
Получаемые в групповых капилляриметрах значения Кво (ККД) определяются в атмосферных условиях, и для дальнейшего использования результатов в петрофизической, геологической и гидродинамической моделях требуется их приведение к пластовым условиям.
Согласно [2] для преимущественно гидрофильных пород перевод коэффициента остаточной водонасыщенности в атмосферных условиях (здесь и далее — Кво,ау) в коэффициент остаточной водонасыщенности в термобарических условиях (здесь и далее — Кво,тбу) осуществляется с использованием расчетной формулы, учитывающей снижение пористости при ТБУ за счет сжатия порового пространства, что приводит к возрастанию значений Кво:
Кво,ТБУ = Кво,ау × (Кп,ау / Кп,тбу).
Согласно представленной формуле, остаточная водонасыщенность в пластовых условиях возрастает на 3—7%. Однако в источнике [2] отсутствует экспериментальное обоснование данной зависимости, а сама формула учитывает лишь перераспределение остаточной воды за счет сжатия порового пространства и не отражает влияние температуры, что ограничивает ее применимость.
В общем случае для гидрофильных пород с низкой глинистостью и отсутствием развитой трещиноватости повышение эффективного давления действительно может способствовать росту Кво. Это объясняется сдвигом распределения пор по радиусам в сторону более мелких значений и соответствующим увеличением капиллярных давлений. В то же время повышение температуры снижает поверхностное натяжение в системе «вода — газ», что ведет к уменьшению капиллярных давлений и, как следствие, к снижению Кво. Таким образом, изменение Кво при переходе к пластовым условиям определяется совокупным и разнонаправленным воздействием давления и температуры, что делает однозначное увеличение Кво маловероятным без учета конкретных термобарических и петрофизических условий.
Дополнительно в работе [3] на основе анализа 13 керновых образцов показано, что в негидрофильных коллекторах различие между значениями Кво,ау и Кво,тбу оказывается незначительным. Это указывает на важность смачиваемости как ключевого фактора, влияющего на поведение остаточной водонасыщенности при изменении внешних условий.
Следует отметить, что в опубликованных исследованиях, посвященных сравнению значений остаточной водонасыщенности в атмосферных и термобарических условиях, объем экспериментальных данных, как правило, ограничен десятками керновых образцов. Такой объем обусловлен высокой трудоемкостью, длительностью и стоимостью лабораторных исследований. Однако он является недостаточным для выявления устойчивых закономерностей изменения Кво, особенно с учетом значительной литологической и структурной неоднородности низкопроницаемых коллекторов. Варьирование условий насыщения, смачиваемости, температуры и напряженного состояния может приводить к существенному разбросу результатов, что делает обобщение данных по малой выборке методологически некорректным. Полагаться на такие результаты при построении общих зависимостей нецелесообразно, поскольку это повышает риск формирования недостоверных представлений о поведении остаточной водонасыщенности при изменении термобарических условий.
В реальных геологических условиях Кво варьируется разнонаправленно в связи с комплексным влиянием пластовых параметров (температура, давление) на свойства порового пространства, флюидов и характер их взаимодействия.
Указанное несоответствие принятого (ожидаемого) и фактически наблюдаемого характера изменения Кво при переходе к пластовым условиям приводит к необходимости дополнительного изучения связи изменения Кво с условиями эксперимента и свойствами образцов.
Материалы и методы
Объем выполненных работ по определению кривых капиллярного давления в условиях, моделирующих пластовые, на образцах керна, отобранных из терригенных отложений месторождений Западной Сибири, преимущественно с гидрофильным и промежуточным характером смачиваемости, составляет 63 проекта (скважины), 1666 исследований, из которых 716 также охарактеризованы результатами определения кривых капиллярного давления (здесь и далее — ККД) методом полупроницаемой мембраны в групповом капилляриметре. Исследования керна проводились в различных лабораториях, далее в тексте обозначенных как лаборатории группы ЛАБ1 и лаборатории группы ЛАБ2.
Детальная информация по количеству исследований приведена в таблице 1. На рисунке 1 приведены сопоставления коэффициента абсолютной проницаемости, коэффициента пористости и коэффициента остаточной водонасыщенности указанных образцов.
Таблица 1. Количество исследований методом полупроницаемой мембраны в пластовых условиях, полученных при проведении рутинных договорных работ ООО «НОВАТЭК НТЦ»
Рис. 1. Сопоставления коэффициента абсолютной проницаемости и коэффициента пористости (А, Б) и коэффициента остаточной водонасыщенности в групповом капилляриметре и коэффициента проницаемости (В. Г): А, В — по группам пластов; Б, Г — по источнику результатов (исполнителю работ). Обозначения на Б, Г: типовой ЛАБ1, типовой ЛАБ2 — работы, выполненные в лабораториях групп ЛАБ1 и ЛАБ2 в рамках типового комплекса исследований, ОР — выполненные в рамках опытных работ
При проведении типовых (рутинных) исследований условия эксперимента (эффективное давление и температура) определяются условиями залегания пластов и, как правило, меняются совместно, что затрудняет выделение вклада каждого из параметров в изменение результатов.
Для уточнения характера влияния каждого из указанных параметров на результаты эксперимента (остаточную водонасыщенность, кривые капиллярного давления, зависимость Рн—Кв) авторами проводятся работы, заключающиеся в последовательном определении коэффициентов водонасыщенности при нескольких значениях капиллярного давления и соответствующих УЭС коллекций образцов при различных сочетаниях параметров эксперимента: в групповом капилляриметре; в индивидуальном капилляриметре для набора давлений 3 и 30 МПа и температур 30 и 80(90) °С.
Указанные работы проводятся на образцах керна из типовых проектов по исследованиям керна терригенных отложений, отобранного на месторождениях северной части Западной Сибири. Партии образцов (по 10 образцов) последовательно проходят этапы исследований, приведенные в таблице 2.
Результаты (как типовых исследований, так и опытных работ) были проанализированы с целью выделения наиболее общих закономерностей при переходе от атмосферных условий к пластовым. Несмотря на наличие большого количества ККД, анализ результатов проводился только для величины остаточной водонасыщенности (под ней мы понимаем значение Кво, соответствующее капиллярному давлению Рс = 12 атм в лабораторных условиях, т.е. без приведения Рс к пластовым условиям). Рассмотрение вопросов, связанных с трансформацией формы ККД и внесением поправок за изменение давления и температуры, представляет собой гораздо более сложную и комплексную проблематику, не рассматривается в настоящей работе и является темой дальнейших исследований.
Результаты и обсуждение
Сопоставление значений остаточной водонасыщенности, полученных в индивидуальном капилляриметре в условиях, моделирующих пластовые, с аналогичными значениями в атмосферных условиях, показывает существенное снижение наблюдаемых значений Кво для примерно 80% образцов (рис. 2).
Рис. 2. Сопоставление коэффициента остаточной водонасыщенности и коэффициента абсолютной проницаемости (А) и коэффициентов остаточной водонасыщенности в атмосферных и пластовых условиях (Б)
Среднее снижение Кво при переходе в термобарические условия составляет от 5,6% для работ, выполненных в лабораториях группы ЛАБ1, до 8,3% для работ, выполненных в лабораториях группы ЛАБ2. На рисунке 2Б зависимости выбраны таким образом, чтобы подчеркнуть среднее снижение Кво, и проходят параллельно линии равных значений Кво; при этом можно заметить, что для высоких Кво снижение более выражено.
Для оценки характера изменения Кво при переходе в пластовые условия можно ввести коэффициент KswPT, характеризующий отношение значений остаточной водонасыщенности в пластовых и атмосферных условиях:
KswPT = КвоPT / КвоАУ,
где КвоPT — остаточная водонасыщенность в термобарических условиях в индивидуальном капилляриметре, КвоАУ — остаточная водонасыщенность в атмосферных условиях в групповом капилляриметре.
На рисунке 3 приведены сопоставления KswPT с эффективным давлением и температурой эксперимента. Наблюдается определенная зависимость c эффективным давлением (рис. 3А, Б). К сожалению, все работы в группе лабораторий ЛАБ2 выполнены при практически неизменных значениях эффективного давления, что не позволяет сделать вывод, связана такая зависимость с особенностями измерений, проведенных в группе лабораторий ЛАБ1, или же имеет более общий характер.
Связь с температурой эксперимента (рис. 3В, Г), на наш взгляд, недостаточно выражена.
Рис. 3. Сопоставление коэффициента KswPT с условиями эксперимента и свойствами образцов: эффективным давлением (А, Б), температурой эксперимента (В, Г); А, В — по группам пластов, Б, Г — по источнику результатов (исполнителю работ)
Проведенные опытные работы позволяют более детально оценить вклад условий эксперимента в изменение Кво. Сопоставления Кво, определенного в индивидуальном капилляриметре при различных сочетаниях эффективного давления и температуры, и Кво, определенного в групповом капилляриметре, приведены на рисунке 4. На рисунках 4А, Б, иллюстрирующих влияние эффективного давления на Кво, видно снижение Кво с ростом эффективного давления.
Рис. 4. Сопоставление Кво, определенного в индивидуальном капилляриметре при различных сочетаниях эффективного давления и температуры, и Кво, определенного в групповом капилляриметре: А — увеличение давления при Т = 30 °C, Б — увеличение давления при Т = 80(90) °C, В — увеличение температуры при Pэфф = 3 МПа, Г — увеличение температуры при Pэфф = 30 МПа
Наблюдается уменьшение значений Кво с ростом эффективного давления, что противоречит первоначально принятым предположениям о характере таких изменений.
Необходимо отметить, что основное снижение Кво происходит при создании минимального технологически обусловленного давления Рэфф = 3 МПа, что не соответствует исходному предположению о незначительном влиянии минимальных технологических значений температуры и давления в индивидуальном капилляриметре (этап 3, Р = 3МПа, Т = 30 °С) на сопоставимость с результатами, полученными в групповом капилляриметре. Вопрос причины такого снижения Кво остается открытым.
Характер влияния температуры (рис. 4В, Г) на наблюдаемые значения Кво установить однозначно не удалось.
Заключение
Проанализирован массив результатов определения кривых капиллярного давления в условиях, моделирующих пластовые.
На рассматриваемом массиве данных наблюдается доминирующий эффект снижения Кво при переходе от атмосферных условий к пластовым (80 % выборки), что не соответствует исходным предположениям о влиянии условий эксперимента на значение Кво.
С ростом эффективного давления усиливается снижение Кво в индивидуальном капилляриметре, что следует как из анализа рутинных (типовых) исследований, так и по данным проведенных опытных работ.
Остается открытым вопрос существенного снижения Кво при переходе из группового в индивидуальный капилляриметр при минимальных технологических значениях температуры и давления, также не удалось установить связь изменения Кво с температурой.
Выявлено существенное расхождение между теоретическими представлениями и фактическими результатами лабораторных исследований, что указывает на вероятность пересмотра как базовых теоретических положений, так и применяемых подходов к определению остаточной водонасыщенности. Актуальность данной проблемы обусловлена ее влиянием на оценку геологических запасов и прогнозирование продуктивного потенциала месторождений. Планируется продолжение исследований с целью уточнения измеряемых параметров и возможной корректировки существующих подходов.
Авторы заинтересованы в научном диалоге и готовы к обсуждению полученных результатов в формате профессионального сообщества.
ReferencesМакФи К., Рид Дж., Зубизаретта И. Лабораторные исследования керна: гид по лучшим практикам. М. — Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2018. 912 с.McPhee C., Reed J., Zubizarreta I. Core Analysis: A Best Practice Guide. Moscow — Izhevsk: Institut komp’juternyh issledovanij, 2018. 912 p. (In Russ.).Методические рекомендации по подсчету геологических запасов нефти и газа объемным методом (проект). URL: https://gkz-rf.ru/sites/default/files/media/files/2025-06/-mu-pz_09.06.2025.pdfGuidelines for Estimating Oil and Gas Geological Reserves Using the Volumetric Method (Draft). Available from: https://gkz-rf.ru/sites/default/files/media/files/2025-06/-mu-pz_09.06.2025.pdf (In Russ.).Терентьев В.Ю., Дьяконова Т.Ф., Саетгараев А.Д. и др. Петрофизика негидрофильных коллекторов нефтяных месторождений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Пермь: Астер Диджитал, 2020. 231 с.Terentyev V.Yu., Dyakonova T.F., Saetgaraev A.D. et. al. Petrophysics of Non-Waterwet Reservoirs in Oil Fields of the Timan-Pechora Petroleum Province. Perm: Aster Didzhital, 2020. 231 p. (In Russ.).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.