Особенности разработки и повышение КИН месторождений
advertisement
УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем нефти и газа РАН (ИПНГ РАН) ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ НЕФТИ И ГАЗА РАН кандидат технических наук Индрупский Илья Михайлович Научный руководитель – На правах рукописи УДК 622.276.1/4 Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Михайлов Николай Нилович (РГУНГ им. И.М,Губкина) РОЩИНА ИРИНА ВИКТОРОВНА Особенности разработки и повышение КИН месторождений доктор технических наук Свалов Александр Михайлович (ИПНГ РАН) ООО “Газпром ВНИИГАЗ” Ведущая организация нефти с суперколлекторами в продуктивных отложениях Защита состоится « 25 » мая 2011 г. в 15 час. 00 мин. на заседании Диссертационного Совета Д 002.076.01 при ИПНГ РАН, в зале заседаний Ученого Совета ИПНГ Специальность – 25.00.17 – «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» РАН. С диссертацией можно ознакомиться у Ученого секретаря Диссертационного Совета ИПНГ РАН. Отзывы на автореферат можно присылать по адресу: 119333, г. Мо- Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук сква, ул. Губкина, д. 3, ИПНГ РАН. Автореферат разослан « 13 » апреля 2011 г. Ученый секретарь Диссертационного Совета, Москва – 2011 канд. техн. наук М.Н. Баганова 2 Общая характеристика работы Актуальность тематики исследований коэффициентом нефтеизвлечения – около 0,1 – и высокой обводненностью фонда добывающих скважин на протяжении почти 20 лет. Современное состояние нефтяной отрасли страны характеризуется переходом к В нашей стране и за рубежом выполнено значительное число исследований, освоению запасов с трудно извлекаемой нефтью. Разработка соответствующих ме- посвященных изучению слоистой и зональной неоднородности продуктивных пла- сторождений - это трудоемкая задача, которая требует в первую очередь проведения стов и их влиянию на эффективность разработки залежей. Однако исследованию полного и расширенного комплекса исследований продуктивных коллекторов для слоисто-неоднородных пластов с наличием в них суперколлекторов посвящено ог- выявления факторов, ухудшающих их разработку. И от достоверности установления раниченное число публикаций. Поэтому, с точки зрения автора, актуальными явля- главных отрицательных факторов, осложняющих выработку запасов, зависит пра- ются исследования влияния суперколлекторов на технологические показатели и по- вильность выбора системы разработки. иск рациональных подходов к разработке залежей рассматриваемого типа. Одним из таких факторов является наличие в продуктивном разрезе суперкол- Цель работы. Выявление особенностей разработки залежей нефти при нали- лекторов. Наиболее известные примеры месторождений данного типа - Талинское чии суперколлекторов и обоснование технологических решений по повышению эф- нефтяное и Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождения. Суперколлектор фективности их разработки. - это некий высокопроницаемый прослой в продуктивном разрезе залежи, который Основные задачи исследования обычно характеризуется небольшой толщиной. Отличительная особенность супер- 1. Изучение влияния геолого-физических и фильтрационно-емкостных пара- коллектора заключается не в величине коэффициента проницаемости, а в соотноше- метров основного массива пород и суперколлектора на технологические показатели нии его проницаемости к проницаемости выше и ниже залегающих пропластков, разработки нефтяной залежи и нефтяной оторочки нефтегазоконденсатной залежи прослоев, оцениваемом в сотни и тысячи единиц. Впервые понятие суперколлектора на естественном режиме и при заводнении. было введено Политыкиной М.А. при изучении продуктивных отложений Орен- 2. Обоснование технологических решений по повышению эффективности раз- бургского нефтегазоконденсатного месторождения. Ею выделено две его разновид- работки залежей нефти рассматриваемого типа на основе латерального и вертикаль- ности – плитчатый и массивно-рыхлый суперколлектор. Первый тип характерен для но-латерального заводнения при наличии суперколлектора в разрезе продуктивного карбонатных отложений, второй встречается в терригенном разрезе. пласта. Вследствие близости коэффициентов пористости у суперколлектора и массива 3. Изучение влияния суперколлектора на процессы расформирования нефтя- пород обычно затрудняется идентификация этого прослоя по результатам геофизи- ной оторочки ческих исследований скважин (ГИС). шапки. Результат присутствия суперколлектора в нефтегазоконденсатной залежи при истощении газоконденсатной разрезе пласта часто выражается в сочетании низких значений коэффициента извле- Методы решения поставленных задач. Для решения поставленных задач ис- чения нефти (КИН) и высокой обводненности добываемой продукции, значительной пользована современная методология 3D компьютерного моделирования в 3D мно- величины водонефтяного фактора (ВНФ). Так, разработка продуктивных горизонтов гофазной постановке. Она включает в себя проведение многовариантных математи- ЮК10-11 Талинского нефтяного месторождения характеризуется аномально низким ческих экспериментов (применялся сертифицированный программный пакет Eclipse 3 4 100, модель нелетучей нефти – black oil), с учетом данных и опыта предшествующих Практическая значимость исследований, а также анализ и обобщение полученных результатов. 1. Установленные особенности влияния геолого-физических и фильтрацион- Научная новизна. По мнению автора, она заключается в следующем. но-емкостных свойств суперколлектора на основные технологические параметры 1. Установлено существенное влияние гравитационного фактора при наличии разработки нефтяной залежи и нефтяной оторочки нефтегазоконденсатной залежи суперколлектора на характер выработки запасов в пласте и на величину КИН. С позволяют при проектировании их разработки предусмотреть меры по снижению приближением залегания этого прослоя к подошве пласта наблюдается ухудшение обводненности продукции и повышению КИН. показателей разработки. 2. Выявлено, что соотношение вертикальной и горизонтальной проницаемо- сти предопределяет степень эффективности вытеснения нефти из массива низко- 2. Предложенная технология разработки залежей нефти при наличии в продуктивном разрезе суперколлектора обеспечивает существенное снижение объемов попутно добываемой воды при увеличении конечной нефтеотдачи. проницаемых пород ниже суперколлектора к моменту предельного обводнения до- 3. По результатам математических экспериментов для залежей с суперколлек- бывающих скважин по этому прослою. Как следствие, установлено, что ускоренная торами обоснованы геолого-технические мероприятия, обеспечивающие снижение обводненность добывающих скважин до предельных значений при наличии в разре- темпов обводнения продукции при латеральном заводнении и повышение уровня зе суперколлектора и отсутствии трещин может являться следствием пониженной компенсации отбора флюидов закачкой воды при вертикально-латеральном завод- вертикальной сообщаемости отложений. нении. 3. На уровне патентной новизны обоснована технология разработки нефтя- 4. Учет выявленных особенностей влияния суперколлектора на изменения 3D ной залежи при наличии в продуктивном разрезе суперколлектора - на основе вер- объемной конфигурации нефтяной оторочки при разработке запасов газоконденсат- тикально-латерального заводнения с горизонтальными добывающими и вертикаль- ной шапки способствует сокращению рисков при доразработке запасов нефти таких ными нагнетательными скважинами, позволяющая сократить объемы попутно до- залежей. бываемой воды и увеличить конечный коэффициент извлечения нефти. 4. Защищаемые положения По результатам математических экспериментов выявлено, что при выборе 1. Выявленные закономерности влияния геолого-физических и фильтрацион- вариантов разработки нефтяной залежи с прослоями суперколлектора в продуктив- но-емкостных свойств суперколлектора на основные технологические показатели ных отложениях сопоставление величин КИН целесообразно проводить при одина- разработки нефтяной залежи и нефтяной оторочки нефтегазоконденсатной залежи, ковых значениях ВНФ, что позволяет избежать нереалистичных значений ВНФ при включая существенное влияние гравитационного фактора. латеральном заводнении. 5. 2. Технология разработки нефтяной залежи, в разрезе которой залегает про- На основе математических экспериментов установлены закономерности слой-суперколлектор, на основе вертикально-латерального заводнения с горизон- влияния слоистой неоднородности пласта на изменение объемной конфигурации тальными добывающими и вертикальными нагнетательными скважинами, позво- нефтяной оторочки при отборе запасов газа и конденсата нефтегазоконденсатной ляющая сократить объемы попутно добываемой воды при увеличении конечной залежи в режиме истощения, связанные с неравномерным продвижением поверхно- нефтеотдачи пласта. стей газонефтяного и водонефтяного контактов. 5 6 3. Технологический критерий выбора варианта разработки нефтяной залежи с суперколлектором на основе сопоставления КИН при одинаковых значениях ВНФ. Благодарности. Автор глубоко признательна своему научному руководителю И.М. Индрупскому за постоянную помощь в ходе подготовки диссертации. Особую 4. Выявленные особенности влияния суперколлектора на изменения, происхо- благодарность автор выражает профессору С.Н. Закирову за внимание и ценные дящие с объемной конфигурацией нефтяной оторочки при опережающей разработке консультации, имевшие важное значение при работе над диссертацией. Автор также запасов газоконденсатной шапки, включая различный характер продвижения по- выражает свою благодарность всем сотрудникам лаборатории газонефтеконденса- верхностей газонефтяного контакта (ГНК) и водонефтяного контакта (ВНК) над и тоотдачи ИПНГ РАН и коллегам по работе ОАО «Газпром промгаз» за разносто- под суперколлектором. роннюю помощь при выполнении настоящих исследований. Внедрение результатов исследований. Результаты выполненных исследова- Содержание работы ний послужили основой для обоснования лабораторией газонефтеконденсатоотдачи Во введении обосновывается актуальность тематики, цели и основные задачи, ИПНГ РАН технологии вертикально-латерального сайклинг-процесса, вошедшей в методы исследования, защищаемые положения, новизна и практическая значимость экспертные рекомендации для одного из газоконденсатных месторождений Респуб- положений работы. лики Узбекистан, разрабатываемого с участием отечественной нефтяной компании. Апробация работы. Основные результаты исследований прошли обсуждение на: Глава 1 посвящена анализу результатов предшествующих исследований и обоснованию тематики диссертационной работы. Современное состояние структуры запасов нефти в России характеризуется ряде научных семинаров лаборатории газонефтеконденсатоотдачи, а также увеличением доли трудноизвлекаемых запасов. Вопросами разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти занимались и занимаются известные общеинститутских семинарах ИПНГ РАН, Х научно-практической конференции «Геология и разработка месторожде- ученые отраслевой науки: М.Т. Абасов, И.М. Амелин, Ю.Е. Батурин, А.А. Боксерман, Ю.П. Борисов, Л.С. Бриллиант, Г.Г. Вахитов, А.Т. Горбунов, Р.Н. Дияшев, ний с трудноизвлекаемыми запасами», Геленджик, 21-23 сентября, 2010г., научно- Н.А. Еремин, Ю.В. Желтов, Ю.П. Желтов, С.Н. Закиров, А.П. Крылов, В.И. Куди- исследовательских, проектных и производственных организаций нефтегазовой от- нов, В.Д. Лысенко, Р.И. Медведский, А.Х. Мирзаджанзаде, Н.Н. Михайлов, расли Института нефтегазового бизнеса под рук. Р.Г. Шагиева (2009-2010 гг.). И.Т. Мищенко, Р.Х. Муслимов, В.Ф. Перепеличенко, Б.Ф. Сазонов, М.М. Саттаров, семинарах по повышению квалификации работников Публикации. Результаты исследований опубликованы в трех статьях в журна- М.Л. Сургучев, А.П. Телков, В.Н. Щелкачев, L.Lake, A. Turta и др. лах, входящих в перечень рекомендованных ВАК периодических изданий, доста- В качестве известного примера месторождения с трудноизвлекаемыми запаса- точно подробно изложены в формате главы коллективной монографии, а также от- ми, разработка которого осложнена наличием суперколекторов, в работе рассматри- ражены в 2 полученных патентах РФ на изобретение. вается Талинская площадь Красноленинского месторождения. Освещены особенно- Объем работы сти геологического строения его коллекторов и обозначены факторы, которые, по Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выво- мнению разных специалистов в области разработки, привели к аномально низкому дов, содержит 201 страницу текста, 85 рисунков и 24 таблицы, список использован- нефтеизвлечению (порядка 0,1) и высокой обводненности добывающих скважин на ных источников насчитывает 154 наименования. протяжении почти 20 лет. В технологической схеме (1984 г.) разработки пластов 7 8 ЮК10 и ЮК11, как самостоятельных эксплуатационных объектов, проектный конеч- Идея искусственного вертикального заводнения, как альтернативы традицион- ный КИН оценивался в 43,6%. Однако фактические показатели разработки не под- ного латерального заводнения, впервые возникла в нашей стране в 1960-е годы. Тех- твердили проектные величины, несмотря на значительное перевыполнение проект- нология вертикально-латерального сайклинг-процесса на основе вертикальных до- ных годовых объемов по закачке воды и разбуриванию объектов. бывающих и нагнетательных скважин в 1980-х годах была предложена и позднее В технологической схеме 1990 г. проектный КИН был снижен до 24,4-26,8%. В реализована на Карачаганакском месторождении. Применительно к залежам нефти с результате детального изучения кернового материала выявлены следующие факто- суперколлекторами подобная технология рассматривалась в работах А.А. Боксерма- ры, предопределившие низкую эффективность разработки месторождения. на и М.Ю. Ахапкина. Теоретическую основу для широкого применения вертикаль- Палеогеографические и палеотектонические условия седиментации и вторичные катагенентические и тектонические процессы. Резкая неоднородность по характеру смачиваемости, причем степень гидрофобизации увеличивается с ростом проницаемости. но-латерального заводнения нефтяных месторождений обеспечивает обоснованная в ИПНГ РАН методология эффективного порового пространства (ЭПП). За рубежом близкая технология получила название «toe-to-heel waterflooding». Положительный эффект этой технологии получен при разработке вязких нефтей Наличие в коллекторе прослоев суперколлектора. месторождений Alberta (Canada), Wolf Lake crude, Athabasca Tar Sand Bitumen. И на Высокое давление насыщения. месторождении легкой нефти Wolko Project (Oklahoma). При наличии суперпроводящих прослоев их доля в общем фильтрационном по- Опыт разработки Талинского и некоторых других месторождений, в продук- токе флюидов составляет до 80-95%. Согласно трассерным исследованиям, скорость тивном разрезе которых присутствует прослой-суперколлектор, свидетельствует, движения меченых частиц по этим прослоям достигает 0,5-1 км/сут. что пока отсутствуют эффективные технологии и технологические решения для раз- Наличие в разрезе таких прослоев выявлено также на Усть-Тегусском (пласт работки таких месторождений. Одним из перспективных подходов к разработке за- Ю3-5), Ванкорском (пласт Нх3-4), Каменном, Конитлорском (пласт БС10), Бахилов- лежей с суперколлекторами является применение вертикально-латерального завод- ском (залежь №4), Оренбургском, Уренгойском и Медвежьем месторождениях. нения. М.А. Политыкина, автор термина “суперколлектор”, выделила две его разновидно- Глава 2. Cвойства продуктивных коллекторов являются одними из ключевых сти: плитчатый в карбонатных отложениях и массивно-рыхлый, встречающийся в факторов для разработки месторождения. Поэтому вторая глава посвящена изуче- терригенных разрезах. Область исследований данной диссертационной работы, в нию влияния геолого-физических и фильтрационно-емкостных параметров основно- основном, ограничивается залежами с суперколлекторами второго типа. го массива пород и суперколлектора, а также вязкости нефти и воды, на технологи- С 1988 по 1995 гг. на Талинском месторождении испытано более 15 технологий ческие показатели разработки нефтяной залежи. по выравниванию профиля приемистости нагнетательных скважин, селективной Соответствующие расчеты выполнены в 3D трехфазной постановке (модель изоляции обводненных интервалов в добывающих скважинах, интенсификации нелетучей нефти – black oil), с использованием методологии ЭПП. Ряд исходных приемистости низкопроницаемых интервалов пласта в нагнетательных скважинах. параметров принимаются по аналогии с пластами ЮК10 и ЮК11 Талинского место- Однако достигнутая эффективность не превысила 1200 тонн дополнительно добы- рождения. той нефти на одну скважино-операцию. 9 10 Исследуется традиционный подход к разработке на основе вертикальных добывающих и нагнетательных скважин. Система площадного размещения скважин – реализации данного процесса. Благодаря гравитационному фактору, вода предпочтительно вытесняет нефть из-под суперколлектора. пятиточечная. Схема секторной модели с размещением скважин и суперколлектора в средней части пласта приведена на рис. 1. Размеры элемента разработки - 62062015 м. Коэффициенты эффективной пористости основного массива пород и суперколлектора равняются 0,132 и 0,198. Коэффициент эффективной проницаемости Кэф (фазовой проницаемости по нефти при остаточной водонасыщенности) суперколлектора составляет 0,255 мкм2, Кэф массива пород – 0,0025 мкм2. а) б) Вертикальные добывающие и нагнетательная скважины вскрывают всю нефтенасыщенную толщину. Скин-фактор принят равным 10 ед. Рис. 2. Профили распределения нефтенасыщенности на даты а) 0,5 года, б) 1,5 года Как следствие гравитационного фактора, местоположение суперколлектора влияет на величину КИН. С его приближением к подошве пласта наблюдается ухудшение показателей разработки (при латеральном заводнении). Увеличение соотношения проницаемостей суперколлектора и основного массива способствует росту темпа обводнения, величины водонефтяного фактора (ВНФ) и, следовательно, снижению КИН. добывающая скважина нагнетательная скважина – суперколлектор Рис. 1. Профильный разрез и вид в плане 3D секторной модели Чем выше толщина суперколлектора, тем выше начальная продуктивность скважин, но тем стремительней происходит рост обводненности добываемой продукции и, следовательно, тем выше ВНФ и ниже величина КИН. Прогнозные расчеты заканчиваются при следующих ограничениях: срок разработки - 50 лет, допустимая обводненность продукции – 98%. Результаты расчетов свидетельствуют о значительном влиянии гравитационного фактора на показатели разработки, в частности, на конечный КИН. С начала заводнения закачиваемая вода продвигается по суперколлектору (рис. 2а). Затем начинает все в большей мере проявляться эффект вытеснения нефти из а) б) зон пласта ниже отметки расположения этого суперпроводящего прослоя (рис. 2б), за счет перетока из него закачиваемой воды. Суперколлектор обладает значительной поверхностью контакта с низкопроницаемыми породами поэтому, даже при наличии Рис. 3. Профили распределения нефтенасыщенности через год разработки а) kв/kг равно 1, б) kв/kг равно 0,1 небольшого перепада давления между ними возникают благоприятные условия для 11 12 Снижение вертикальной проницаемости относительно латеральной приводит к рования показывают, что умеренные вариации в соотношении между пористостью более стремительному прорыву воды по суперколлектору и ускоренному росту об- суперколлектора и основного массива не влияют на тенденции изменения техноло- водненности продукции (рис. 3). Это в свою очередь способствует снижению дебита гических параметров разработки. Изменяются только количественные интервалы по нефти в начальный период, величины КИН и срока рентабельной разработки. принимаемых ими значений. Указанный результат исследований позволил сформулировать следующий ди- Исследованы варианты разработки залежей с различными свойствами нефти. агностический признак. Стремительный рост обводненности добывающих скважин Исследовано влияние характера смачиваемости поверхности порового про- до предельных значений при наличии в разрезе суперколлектора и отсутствии тре- странства суперколлектора на показатели разработки. Результаты расчетов подтвер- щин может являться следствием пониженной вертикальной сообщаемости продук- дили ожидаемую прямую зависимость темпов обводнения добывающих скважин от тивных отложений. повышения подвижности воды (снижения степени гидрофильности породы) или При исследовании влияния количества и взаимного расположения прослоев суперколлектора в разрезе пласта выявлены следующие характерные моменты. Появление в разрезе второго высокопроводящего прослоя ниже первого приводит к снижению величины КИН, а выше – к росту КИН. снижения подвижности нефти (увеличения степени гидрофильности породы) согласно кривым относительных фазовых проницаемостей (ОФП) для такого прослоя. Результаты расчетов показывают, что механизм капиллярной пропитки гидрофильного массива пород поступающей по суперколлектору водой может способст- Динамика обводнения скважин и, соответственно, добычи нефти зависит не вовать существенному повышению эффективности разработки залежей нефти рас- только от суммарной толщины суперколлектора, но и от их «консолидированности» сматриваемого типа. Однако фактические данные по Талинскому месторождению в единый прослой. В случае, когда прослои суперколлектора разъединены низко- не подтверждают данный вывод, что может быть связано с существенной гидрофо- проницаемым массивом, наблюдаются более предпочтительные технологические бизацией не только суперколлектора, но и основного массива пород. показатели разработки за счет меньшего темпа обводнения, чем при наличии единого высокопроводящего прослоя той же общей толщины. Чем выше доля защемленной газовой фазы согласно кривым ОФП в суперколлекторе при трехфазной фильтрации (при снижении давления ниже давления насы- Исследования площадной неоднородности распространения суперколлектора щения нефти), тем при прочих равных условиях больше дополнительное фильтра- показали, что прерывистость этого прослоя по латеральному распространению спо- ционное сопротивление для закачиваемой воды, что приводит к замедлению обвод- собствует улучшению технологических показателей разработки. Наиболее благо- нения скважин, увеличению срока разработки и величины КИН. приятными для разработки являются случаи, когда добывающие скважины вскры- Таким образом, исследования главы 2 позволили выявить основные тенденции вают суперколлектор, а нагнетательные - нет. При этом имеет место более полное влияния различных геолого-физических характеристик пласта с прослоями супер- извлечение нефти за счет повышения коэффициента охвата. Однако, необходимы коллектора на показатели разработки на примере типичной площадной системы за- мероприятия по повышению приемистости нагнетательных скважин. воднения. В ряде публикаций, посвященных геологии Талинского месторождения, отме- В главе 3 исследуется возможность повышения эффективности разработки чается, что близость коэффициентов пористости у суперколлектора и массива пород нефтяных залежей, в разрезе которых присутствует прослой-суперколлектор. В на- затрудняет идентификацию этого прослоя по результатам ГИС. Результаты модели- стоящее время подавляющая часть фонда добывающих и нагнетательных скважин 13 14 представлена вертикальными скважинами. Поэтому в основном используется технология латерального заводнения, при которой вытеснение нефти реализуется вдоль напластования. Вариант с латеральным заводнением отличается негативной динамикой обводнения добываемой продукции. А именно, практически весь период разработки имеет место высокая обводненность добываемой продукции. Исследования ИПНГ РАН показывают, что переход на методологию ЭПП по- Срок достижения максимальной обводненности в варианте латерального зволяет проектировать разработку в режиме вертикально-латерального заводнения. заводнения (5,2 лет) в разы меньше, чем в вариантах вертикально-латерального за- Указанная возможность становится реальной при положительных результатах 3D воднения (50 лет). гидропрослушивания, свидетельствующих о достаточной вертикальной сообщаемости разреза. По величине конечного ВНФ вариант разработки согласно вертикальнолатеральному заводнению существенно предпочтительнее латерального заводнения Объект исследования и его исходные геолого-физические параметры приняты – 0,04 против 17,9 соответственно. аналогичными главе 1. Система размещения скважин для изучения влияния супер- По величине КИН технология вертикально-латерального заводнения пре- коллектора в нефтяной залежи при латеральном заводнении – площадная пятито- вышает значения КИН при латеральном заводнении – 0,342 против 0,363 соответст- чечная (рис. 1). венно. Ошибочное впечатление, что при наличии суперколлектора достижимы достаРис. 4. Схема расположения скважин в плане по варианту точно высокие значения КИН даже при латеральном заводнении, является следстви- вертикально-латерального заводнения ем условия завершения процесса разработки при заданной обводненности добываемой продукции 98%. В этом случае практически весь период разработки проходит Для учета влияния высокопроницаемого прослоя на ос- при обводненности выше 80%. А конечное значение ВНФ достигает 17,9 единиц. новные технологические показатели нефтяной залежи, разрабатываемой в режиме Это позволило сделать вывод, что при выборе вариантов разработки залежей с су- вертикально-латерального заводнения, исследованию подвергнуты ряд вариантов. перколлекторами сопоставление величин КИН целесообразно приводить при одина- Они отличались типами добывающих и нагнетательных скважин, местоположением ковых значениях ВНФ. Значение КИН по технологии латерального заводнения при стволов скважин или интервалов дренирования и воздействия. По результатам мо- ВНФ=1 составило 0,04, при ВНФ=2 – 0,08. делирования наиболее эффективным вариантом вертикально-латерального заводне- В работе проведено исследование потенциальной эффективности реализации ния залежи при наличии супеколлектора оказался тот, схема которого приведена на тех или иных геолого-технических мероприятий (ГТМ) для улучшения технологи- рис. 4. Нагнетательные скважины вскрывают нижнюю треть (5 м) пласта. Добы- ческих показателей разработки нефтяных залежей с прослоями суперколлектора. вающая скважина горизонтальная, длина ствола – 200 м, ствол скважины размеща- Варьировались размеры элемента разработки, забойные давления, момент начала ется на глубине 1,5 м от кровли пласта. На секторную модель приходятся 1 верти- процесса заводнения, интервалы вскрытия пласта вертикальными скважинами. Ис- кальная (4×0,25) и 1 горизонтальная скважины. следована целесообразность периодического режима эксплуатации скважин и про- Сопоставление основных технологических показателей при рассматриваемых ведения ГТМ по интенсификации добычи нефти и закачки воды. вариантах заводнения позволяет отметить следующие моменты. 15 16 Латеральное заводнение. Для снижения стремительного роста обводненности при латеральном заводнении могут быть рекомендованы следующие мероприятия. Автором установлено неоднозначное влияние на результаты мероприятий по улучшению состояния призабойной зоны эксплуатационных скважин (например, Увеличение размера элемента разработки приводит к снижению интенсив- перфорация глубокого проникновения, глинокислотная обработка). Поэтому для ности обводнения. Но, тем не менее, большая часть срока разработки характеризу- данного типа коллекторов следует рассматривать влияние различной степени сни- ется обводненностью отбираемой продукции более 90%. жения скин-фактора на технологические показатели разработки. Отнесение момента начала заводнения на более поздний срок способствует Размещение интервалов перфорации нагнетательных скважин относительно кратному уменьшению значений ВНФ, но ценой снижения дебитов по нефти в на- одного или нескольких суперколлекторов в разрезе является одним из ключевых чальный период. факторов, с точки зрения влияния на эффективность разработки. С одной стороны, Применение циклической работы скважин в залежах с суперпроводящими вскрытие такого прослоя увеличивает степень компенсации отборов. С другой сто- прослоями оправдано для снижения неравномерности продвижения закачиваемой роны, при этом ускоряются процессы обводнения. Поэтому итоговые показатели за воды. тот или иной временной период определяются комплексным влиянием указанных Изменение интервала перфорации в добывающих скважинах при достиже- факторов. нии 90% обводненности и уплотняющее бурение на основе вертикальных добы- Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы. вающих скважин позволяет повысить КИН и снизить конечное значение ВНФ при Латеральное заводнение залежей с суперколлекторами обеспечивает добы- любой глубине залегания суперколлектора. Но при этом срок разработки заметно чу нефти, в основном, за счет высоких дебитов вскрывающих этот прослой скважин увеличивается. Интенсификация процесса добычи за счет бурения горизонтальных в начальный период. добывающих скважин позволяет сократить срок разработки. Вертикально-латеральное заводнение. Одна из причин улучшения технологических показателей при разработке в режиме вертикально-латерального заводне- Традиционное условие завершения разработки по величине обводненности (например, 98%) для рассматриваемого типа залежей приводит к нереалистичным значениям ВНФ при латеральном заводнении. ния заключается в снижении темпа разработки залежи, что позволяет сформировать При более реальном условии завершения разработки по максимальной ве- более равномерный фронт вытеснения закачиваемой воды. Основным фактором, личине ВНФ достигаемый при латеральном заводнении КИН оказывается во многих который может ограничить использование предложенной технологии, является не- случаях кратно более низким, чем при вертикально-латеральном заводнении, и докомпенсация в начальный период разработки. Снижение отрицательного действия близким по величине к достигнутому на Талинском месторождении. данного фактора может иметь место в результате следующих мероприятий. Обоснованная на уровне патентной новизны «щадящая» технология верти- Уменьшение расстояния между скважинами улучшает показатели разработ- кально-латерального заводнения позволяет нейтрализовать отрицательное влияние ки за счет более эффективного поддержания давления, при сохранении малых объе- высокопроницаемых каналов. К положительным факторам относятся низкие обвод- мов попутной добычи воды. Но при этом снижается величина накопленной добычи ненность продукции и конечный ВНФ, при достаточно высоком достигаемом КИН. нефти, приходящейся на одну скважину. В главе 4 изучение влияния суперколлектора продолжено для условий разработки нефтяной оторочки нефтегазоконденсатной залежи. 17 18 В качестве объекта исследования рассматривается элемент нефтегазоконденсатной залежи размерами 10000205025 м. Из общей длины модели 5550 м приходится на газовую шапку, 2600 м на нефтяную оторочку и 1850 м – на область закон- тора по сравнению с вариантом, когда имеется один суперпроводящий прослой той же суммарной толщины. В случае размещения скважины в оторочке краевого типа близко к ГНК турной воды. Расстояние между внешним и внутренним контурами ВНК в плане рост газового фактора при длительном исследовании или в первые месяцы эксплуа- составляет 500 м. Газонефтяной контакт приурочен к глубине 1669 м, водонефтяной тации может служить косвенным признаком наличия в верхней части разреза супер- контакт – 1811,8 м. Угол наклона пласта в модели составляет 3. Толщина пласта – коллектора. 25 м. В разрезе присутствует один прослой суперколлектора толщиной 0,2 м. Коэф- Согласно предшествующим исследованиям, процессы расформирования неф- фициенты эффективной пористости основного массива пород и суперколлектора тяных оторочек при разработке нефтегазоконденсатных залежей в режиме истоще- 2 равняются 0,0845 и 0,1207. Проницаемость по суперколлектору – 2,5 мкм , по ос- ния пластовой энергии рассматривались в предположении, что перемещение кон- новному массиву пород – 0,0025 мкм2. тактов по высоте носит параллельный характер относительно их первоначального Аналогично третьей главе, исследованы варианты разработки элемента нефтя- положения. Такой вывод нуждается в дополнительных исследованиях. ной оторочки в режиме латерального и вертикально-латерального заводнения. Рас- В качестве объекта исследования для процессов расформирования рассматри- смотрены варианты площадного, рядного, барьерного, сочетания площадного и ряд- вается элемент нефтегазоконденсатной залежи. Процесс истощения газоконденсат- ного заводнения, а также разработка на истощение пластовой энергии. ной части смоделирован следующим образом. Добывающие вертикальные скважи- По результатам анализа рассмотренных схем размещения скважин при разра- ны, расположенные в газоконденсатной шапке, эксплуатируются в режиме заданно- ботке нефтяной оторочки с суперколлекторами в продуктивных отложениях лучшей го темпа отбора. Намеченные расчеты заканчиваются при отборе 65% газа от на- является смещенная однорядная схема размещения эксплуатационных скважин. чальных запасов, что примерно соответствует степени истощения некоторых газо- При разработке нефтяной оторочки нефтегазоконденсатной залежи, в разрезе конденсатных объектов с нефтяными оторочками на месторождениях России. которой присутствует суперколлектор, наблюдаются те же тенденции, что выявлены На основе исследований выявлены следующие закономерности, происходящие при разработке сектора чисто нефтяной зоны (глава 3). Дополнительные тенденции, с изменением объемной конфигурации запасов нефти при упреждающей разработке выявленные в ходе проведенных исследований этой главы, касаются изменения га- газоконденсатной шапки. зового фактора и заключаются в следующем. По мере снижения глубины залегания суперколлектора происходит уве- личение расстояния вдоль него между контуром ГНК и забоями добывающих скважин, что способствует снижению темпа роста газового фактора. Увеличение толщины суперколлектора и соотношения проницаемостей приводит к более интенсивному росту газового фактора. В однородном коллекторе максимальным перемещениям подвергнут внутренний контур ВНК (рис.5а). Внедрение нефти в область газоносности характеризуется «компактно- стью» фронта вытеснения. Внедрение же воды в область нефтеносности происходит в виде острого языка вдоль подошвы пласта (рис. 5а). Это объясняется различием в соотношениях вязкостей нефти и газа, нефти и воды. Присутствие в разрезе двух высокопроницаемых прослоев, разделенных низкопроницаемыми породами, способствует снижению темпа роста газового фак19 20 Появление в разрезе прослоя с более высокой проницаемостью приводит к сокращению смещения внутреннего контура ВНК. И к не совпадению темпов перемещения внешнего контура ГНК и фронта нефти (рис. 5б и 5в). а) совпадают с отмеченными выше механизмами в моделях однородного и слоистонеоднородного пластов. Объемы внедрения нефти в газоконденсатную зону, а также воды в неф- теносную зону зависят от структуры залежи. начальный ГНК a) ГНК б) б) начальный ВНК в) ВНК в) Вертикальный масштаб 1 : 10 Рис. 5. Изменения формы флюидальных контактов а) соотношение проницаемостей 9,9, б) соотношение проницаемостей 63,5, Вертикальный масштаб 1 : 10 Рис. 6. Изменения формы флюидальных контактов. Суперколлектор располагается от кровли пласта: а) на глубине 4,4 м, б) на глубине 12,4 м, в) на глубине 20,4 м в) соотношение проницаемостей 251 Чем ниже расположен суперколлектор по разрезу, тем дальше вода по нему проникает в нефтеносную зону и быстрее под действием гравитационных сил достигает подошвы пласта (рис. 6а-в). В случае, когда такой прослой залегает у подошвы пласта, внутренний контур ВНК достигает внутренний контур ГНК, и начинается процесс формирования водяного барьера, отделяющего нефть от газа (рис. 6в). Сокращение толщины пласта влияет на дальность перемещения флюидальных контактов. А именно, смещение внутреннего контура ГНК в газоконденсатную область увеличивается. Механизмы перемещения контактов при наличии суперколлектора, в ходе Первоочередной участок доразработки частично расформированной неф- тяной оторочки следует выбирать на наиболее пологом крыле, так как угол падения крыльев залежи влияет на степень изменений, происходящих с объемной конфигурацией нефтяной оторочки. Исследования, подобные выполненным, следует осуществлять перед рассмотрением различных альтернативных вариантов доразработки частично расформированной нефтяной оторочки, что будет способствовать сокращению рисков для недропользователя при вводе в разработку запасов нефти. упреждающей разработки газоконденсатной залежи, в модели неоднородного пласта 21 22 4. При разработке нефтяной оторочки нефтегазоконденсатной залежи с нали- Основные результаты и выводы 1. Проведенные исследования влияния различных геолого-физических факто- чием суперколлектора имеет место двоякое его влияние. С одной стороны, увеличи- ров на показатели разработки залежей нефти при наличии суперколлектора позво- вается коэффициент охвата по латерали. С другой стороны, вследствие гравитаци- лили выявить ряд характерных тенденций. Так, местоположение суперколлектора в онного фактора, положением суперколлектора ограничивается область охвата вы- разрезе предопределяет величину КИН. За счет гравитационного фактора первона- теснением по вертикали. Поэтому эффективность разработки и необходимый объем чально вода вытесняет нефть из области под этим прослоем. Выработка запасов над дополнительных геолого-технических мероприятий существенно зависят от разме- ним характеризуется повышенной обводненностью добываемой продукции, так как щения суперпроводящего прослоя в разрезе пласта. вода предпочтительно перемещается по уже промытой области. 5. Расформирование нефтяной оторочки нефтегазоконденсатной залежи при Темп выработки запасов нефти под суперколлектором, сравнительно с темпом отборе запасов газа и конденсата не характеризуется параллельным смещением за- продвижения воды по нему, предопределяется соотношением проницаемостей пла- нимаемого подвижной нефтью объема по отношению к его первоначальному поло- ста в вертикальном направлении. жению. Этот процесс сопровождается существенным искривлением поверхностей 2. Разработка на основе разновидностей технологии вертикально- флюидальных контактов и неравномерным перемещением контуров нефтеносности. латерального заводнения позволяет успешно разрабатывать нефтяные залежи и неф- Данная особенность еще более усугубляется присутствием в разрезе пласта прослоя- тяные оторочки нефтегазоконденсатных залежей с наличием суперколлектора. При суперколлектора. этом преодолеваются негативные проявления особенностей их геологического 6. Некоторые результаты выполненных исследований послужили основой для строения, значимо снижается обводненность продукции и во многих случаях увели- обоснования технологии вертикально-латерального сайклинг-процесса на основе чивается коэффициент извлечения нефти. горизонтальных скважин, вошедшей в экспертные рекомендации лаборатории газо- Необходимо учитывать особенности данной технологии, связанные с невысо- нефтеконденсатоотдачи ИПНГ РАН для одного из газоконденсатных месторожде- кими темпами отборов и снижением пластового давления в начальный период. Уве- ний Республики Узбекистан, разрабатываемого с участием отечественной нефтяной личить темп выработки запасов можно за счет мероприятий по стимулированию компании. приемистости в нагнетательных скважинах. При любом положении суперколлектора в разрезе добывающий ствол целесообразно размещать у кровли пласта без вскрытия этого прослоя. 3. Традиционное условие завершения разработки по величине обводненности (например, 98%) для рассматриваемого типа залежей приводит к нереалистичным значениям ВНФ при латеральном заводнении. При учете реалистичных ограничений на величину ВНФ технология латерального заводнения в залежах с суперколлектором в большинстве случаев не позволяет Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: 1. Закиров С.Н., Рощина И.В. Разработка залежей нефти при наличии суперколлекторов. // Газовая промышленность, №1, 2009, с. 31-35. 2. Закиров С.Н., Индрупский И.М., Рощина И.В. Технология заводнения нефтяной залежи с суперколлекторами. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений, №1, 2009, с. 50-55. достичь удовлетворительных значений КИН. 23 24 3. Рощина И.В. Особенности расформирования нефтяных оторочек нефтегазоконденсатных залежей. // Газовая промышленность, №8, 2010, с. 48-51. 4. Закиров С.Н., Индрупский И.М., Закиров Э.С., …, Рощина И.В. и др. Новые принципы и технологии разработки месторождений нефти и газа. Часть II. – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2009, 484 с. 5. Закиров С.Н., Рощина И.В., Индрупский И.М., Закиров Э.С., Аникеев Д.П. Способ разработки нефтяной залежи при наличии в продуктивном разрезе суперколлекторов. / Патент РФ на изобретение № 2386020. 6. Закиров С.Н., Индрупский И.М., Рощина И.В., Закиров Э.С., Аникеев Д.П., Баганова М.Н. Способ разработки газоконденсатной залежи. / Патент РФ на изобретение № 2386019. 7. Закиров С.Н., Индрупский И.М., Рощина И.В., Закиров Э.С., Аникеев Д.П. Новая технология вертикально-латерального сайклинг-процесса с использованием горизонтальных скважин. Электронный журнал «Георесурсы, геоэнергетика, геополитика» (www.oilgasjournal.ru), № 1, 2010. Соискатель 25 И.В. Рощина
