«Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений»

Оценка проницаемости карбонатного керна на основе фрактального анализа: сравнительный подход разных моделей

УДК: 622.276.7
DOI: -

Авторы:

¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: карбонатные отложения, проницаемость, фрактальная теория, извилистость, ядерный магнитный резонанс

Аннотация:

В статье рассматривается проблема оценки проницаемости карбонатных пород, которые характеризуются сложной структурой порового пространства. Цель исследования – установить количественные зависимости между фрактальными параметрами порового пространства и фильтрационно-емкостными свойствами различных типов карбонатного керна. Методологическую основу составили экспериментальные исследования методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР), микроскопический анализ шлифов и применение фрактального анализа. В результате были получены количественные характеристики фрактальной размерности и извилистости поровых каналов для порового, кавернового и трещинно-кавернового типов керна. Установлено, что увеличение фрактальной размерности коррелирует с улучшением проницаемости и пористости породы. Проведён сравнительный анализ существующих аналитических моделей, подтверждающий эффективность фрактальных моделей, особенно учитывающих фрактальный показатель извилистости и длину капиллярных каналов. Полученные выводы подтверждают перспективность применения фрактального анализа для повышения точности прогнозирования фильтрационно-емкостных свойств и оптимизации разработки сложных карбонатных коллекторов.

Список литературы:

1. Qi G., Liu B. Production Feature Analysis of Global Onshore Carbonate Oil Reservoirs Based on XGBoost Classifier // Processes. – 2024. – № 6(12). – Р. 1137. – DOI: 10.3390/pr12061137

2. Study on Optimization of Stimulation Technology of Heterogeneous Porous Carbonate Reservoir / K. Zhao, H. Xu, Jie Wang [et al.] // Processes. – 2024. – № 6(12). – Р. 1191. – DOI: 10.3390/pr12061191

3. Description of Pore Structure of Carbonate Reservoirs Based on Fractal Dimension / Y. Cheng, X. Luo, Q. Zhuo [et al.] // Processes. – 2024. – № 4(12). – Р. 825. – DOI: 10.3390/pr12040825

4. Kargarpour M.A. Carbonate reservoir characterization: an integrated approach // Journal of Petrol. Explor. Prod. Technol. – 2020. – № 7(10). – Pp. 2655–2667. – DOI: 10.1007/s13202-020-00891-5

5. Simulation of flow characteristics and development of permeability model in fractured-vuggy carbonate reservoir / P. Chi, J. Sun, Zh. Wang [et al.] // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2022. – № 219. – P. 111098. – DOI: 10.1016/j.petrol.2022.111098

6. Evaluation of Changes in Structure of Modified Cement Composite Using Fractal Analysis / G. Yakovlev [et al.] // Applied Sciences. – 2021. – № 9(11). – P. 4139. – DOI: 10.3390/app11094139

7. Apparent gas permeability, intrinsic permeability and liquid permeability of fractal porous media: Carbonate rock study with experiments and mathematical modeling / F. Wang, L. Jiao, P. Lian, Z. Jianhui // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2019. – № 173. – Pp. 1304–1315. – DOI: 10.1016/j.petrol.2018.10.084

8. Кривощеков С.Н., Кочнев А.А., Шиверский Г.В. Применение методов машинного обучения для оценки пористости карбонатных пород-коллекторов // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2023. – № 11(383). – С. 56–61. – DOI: 10.33285/2413-5011-2023-11(383)-56-61

9. Bo-Ming Y. Fractal Character for Tortuous Streamtubes in Porous Media // Chinese Phys. Lett. – 2005. – № 1(22). – Pp. 158–160. – DOI: 10.1088/0256-307X/22/1/043

10. Permeability Prediction and Rock Typing for Unconventional Reservoirs Using High-Pressure Mercury Intrusion and Fractal Analysis / F. Wang, H. Hua, Lu Wang, W. Zhu // Energy Fuels. – 2024. – № 22(38). – Pp. 22000–22011. – DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c00262

11. Effect of pore structure characteristics on gas-water seepage behaviour in deep carbonate gas reservoirs / J. Hu, Sh. Yang, B. Wang [et al.] // Geoenergy Science and Engineering. – 2024. – № 238. – P. 212881. – DOI: 10.1016/j.geoen.2024.212881

12. Nečas D., Klapetek P. Gwyddion: an open-source software for SPM data analysis // Open Physics. – 2012. – № 1(10). – Pp. 181–188. – DOI: 10.2478/s11534-011-0096-2

13. Fractal character of cold-deposited silver films determined by low-temperature scanning tunneling microscopy / C. Douketis, Zh. Wang, Tom L. Haslett, M. Moskovits // Phys. Rev. B. – 1995. – № 16(51). – Pp. 11022–11031. – DOI: 10.1103/PhysRevB.51.11022

14. Quantitative characterization of individual particle surfaces by fractal analysis of scanning electron microscope images / A. Van Putm, A. Vertes, D. Wegrzynek, B. Treiger // Fresenius Journal of Anal. Chem. – 1994. – № 7–9(350). – Pp. 440–447. – DOI: 10.1007/BF00322236

15. Mondal I., Singh K.H. Petrophysical insights into pore structure in complex carbonate reservoirs using NMR data // Petroleum Research. – 2024. – № 3(9). – Pp. 439–450. – DOI: 10.1016/j.ptlrs.2023.10.006

16. Pore Structure Characteristics of Carbonate Rocks and Their Influence on Permeability / S. Gang, Tao Jia, Y. Deng [et al.] // ACS Omega. – 2025. – № 5. – DOI: 10.1021/acsomega.4c10579

17. Yu B., Li J. Some fractal characters of porous media // Fractals. – 2001. – № 3(9). – Pp. 365–372. – DOI: 10.1142/S0218348X01000865

18. Муминов С.А., Попов С.Н. Выявление закономерностей изменения геомеханических свойств карбонатного коллектора Астраханского газоконденсатного месторождения на основе экспериментальных исследований образцов керна // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2023. – № 4(376). – С. 42–48. – DOI: 10.33285/2413-5011-2023-4(376)-42-48