Геолого-физические особенности сложнопостроенных залежей нефти в связи с совершенствованием их доразработки (на примере месторождений Долинского нефтепромыслового района)

На современном этапе развития нефтедобывающей промышленности страны широкое применение получил метод разработки нефтяных залежей с поддержанием пластового давления путем заводнения. В поздней стадии разработки месторождений с применением этого метода и его разновидностей происходит снижение добычи нефти при высокой обводненности продукции, что влечет за собой ухудшение техникоэкономических показателей. В то же время даже при многократной промывке водой высокопроницаемых пластов и пропластков менее проницаемые части залежи, к которым нередко приурочены значительные запасы нефти и газа, остаются не вовлеченными в активную разработку*.

Накопленный опыт разработки месторождений Предкарпатья, Днеп-ровско-Донецкой впадины, Краснодарского края и других нефтедобывающих районов и гидродинамические расчеты свидетельствуют о том, что конечные показатели разработки сложнопостроенных залежей, которые удается достичь при заводнении, не всегда будут удовлетворительными. Так, если в сравнительно благоприятных геолого-физических условиях при заводнении коэффициент конечной нефтеотдачи составит 0,40−0,50, то при более сложных условиях — всего лишь 0,150,20.

Низкая нефтеотдача на некоторых месторождениях обусловлена црежде всего сложностью геологического строения их, вызванной многочисленными дизъюнктивными нарушениями, резким литологическим замещением коллекторов, многопластовостью, низкой проницаемостью и значительной неоднородностью коллекторских свойств пород продуктивной толщи. При этом после достижения предельной обводненности продукции в недрах останутся значительные запасы нефти и растворенного газа. В связи с чем вопросы детального, послойного изучения продуктивных толщ, исследование геолого-физических особенное-, тей сложнопостроенных залежей и изыскание с учетом накопленной информации оптимальных способов увеличения коэффициентов нефтегазо-отдачи приобретают особое значение и актуальность.

Одним из перспективных методов решения этой задачи является прекращение или ограничение закачки воды в пласт на поздней стадии и перевод системы разработки сложнопостроенных залежей нефти на режим истощения, так как в них при значительных ресурсах углеводородов сохраняется еще и высокое пластовое давление.

Проведенное в диссертационной работе изучение геолого-физических особенностей сложнопостроенных залежей нефти, а также гидродинамические, лабораторные и промысловые исследования процесса до-разработки заводненных залежей на режиме истощения направлены на повышение нефтегазоотдачи пластов, благодаря чему представляют научный и практический интерес.

Цель работы заключалась в доказательстве возможности увеличения коэффициентов конечной нефтегазоотдачи путем доразработки сложнопостроенных нефтяных залежей на режиме истощения пластовой энергии после достижения предела рентабельности поддержания пластового давления при заводнении.

Основными задачами исследований являлись: расчленение сложнопостроенных продуктивных толщ в условиях флишевых отложений Предкарпатья, детальная корреляция разрезов скважин и изучение особенностей распространения пластов-коллекторов по площадиизучение коллекторских свойств пород и геологической неоднородности продуктивных пластов и горизонтовисследование особенностей осуществленной разработки залежей Долинского нефтепромыслового районаI оценка структуры запаоов нефти и особенностей их выработки, при заводнении сложнопостроенных залежейтеоретические, лабораторные и промысловые исследования доразработки заводненных залежей нефти на режиме истощенияобоснование рекомендаций по рациональной доразработке сложно-построенных залежей Долинского нефтепромыслового района на поздней стадии.

Решение поставленных задач осуществлялось путем систематизации и научного анализа данных по геологическому строению, нефтега-зонооности, физико-химическим свойствам флюидов и коллекторским свойствам пород, разработке месторождений Долинского нефтепромыслового районатеоретических и экспериментальных исследований процессов доразработки заводненных залежей нефти при режиме истощениявнедрения мероприятий, направленных на повышение коэффициентов конечной нефтегазоотдачи из сложнопостроенных продуктивных толщ в промысловых условиях.

Научная новизна в исследовании диссертационной темы состоит в следующем: впервые для условий флишевых отложений Предкарпатья отработана методология расчленения и детальной корреляции сложнопостроенной продуктивной толщи Долинского нефтяного месторождениявпервые с использованием этой методологии исследованы особенности распространения продуктивных пластов и пачек менилитовой залежи Долинского месторождения по площади и разрезу, изучены показатели их неоднородности, а также выделены участки с промышленное нефтеносными коллекторамиустановлено широкое распространение в продуктивных толщах месторождений Долинского нефтепромыслового района локальных ловушек, в которых при заводнении образуются тупиковые зоны, содержащие I защемленную «водой нефть. Предложена научно обоснованная классификация тупиковых зонпоказана возможность увеличения коэффициентов конечной нефте-газоотдачи путем перевода системы разработки заводненных сложнопостроенных залежей на режим истощениядоказана целесообразность доразработки заводненных залежей Долинского нефтепромыслового района при режиме истощения.

Использование результатов детального изучения геолого-физическах особенностей сложнопостроенных залежей, а также теоретические, лабораторные и промысловые исследования вопросов доразработкд заводненных залежей при режиме истощения и внедрение результатов диссертационной работы приведут к дальнейшему совершенствованию разработка и увеличению коэффициентов конечной нефтегазоотдачи месторождений Долинского нефтепромыслового района. В методическом плане результаты проведенных исследований могут быть использованы и для других нефтегазодобывающих районов страны со сходными геолого-физическими условиями и системами разработка месторождений.

Результаты проведенных автором исследований используются Укргипрониинефтыо и ЦНИИ производственного объединения Укрнефть при изучении продуктивных толщ и геологическом обосновании технологических схем, проектов и анализов разработки месторождений Предкарпатья. Рекомендации по доразработке заводненных сложнопостроенных залежей нефти при режиме истощения успешно внедряются на опытных участках Северо-Долинского и Долинского месторождений с экономическим эффектом за период 1980;1983 гг. 322 тыс.рублей. Документы о внедрении рекомендаций прилагаются к диссертации (приложения I — 3).

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на республиканском научно-техническом совещании «Состояние и пути совершенствования разработки нефтяных и газовых месторождений объединения Укрнефть «(г. Ивано-Франковок, 1980 г.) — на республиканской научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности разработки и увеличения нефте-, газои конденсатоотдачи месторождений Украинской ССР «(г. Ивано-Франковск, 1982 г.) — на заседаниях Ученого совета Укргипрониинефти (г, Киев, 1983 г.) — на заседании кафедры геологии и разведки нефтяных и газовых месторождений и кафедры промысловой геологии и геофизики Йвано-Франков-ского института нефти и газа (г. Ивано-Франковск, 1984 г,) — на научно-технических совещаниях предприятий производственного объединения Укрнефть (г. Киев, г. Долина, I964-I984- гг.).

Основные положения диссертации освещены в 17 печатных и 10 рукописных работах.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы составляет 190 страниц, в том числе: 115 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 37 рисунков и 3 приложения.

Список использованных источников

включает 137 наименований.

Основные результаты характерного опыта следующие. Коэффициент вытеснения нефти водой при давлении, превышающем давление насыщения, составил около 0,63. Количество вытесненной нефти превысило ее начальное содержание в линейной части модели на II %. То есть часть нефти была вытеснена за счет капиллярной пропитки из боковых участков модели, неохваченных вытеснением. В условиях опыта коэффициент вытеснения за счет капиллярной пропитки составил 0,52 от нефтесодержания боковых участков модели. При истощении заводненной модели при режиме растворенного газа до давления 2,0 МПа было дополнительно извлечено 4,2% нефти от ее первоначального содержания. В условиях неоднородного пласта прирост нефтеотдачи, как отмечает автор / 89 /, повышается за счет вытеснения водой нефти, вытесняемой газом из неохваченных заводнением участков пористой среды в промываемые каналы.

Лабораторными исследованиями, проведенными сотрудниками Ива-но-Франковской ЦНИЛ объединения Укрнефть при нашем участии применительно к пластовым условиям месторождений Предкарпатья, подтверждена возможность увеличения коэффициента нефтеотдачи путем доразработки залежей в режиме истощения после полного обводнения продукции на напорном режиме / 33 /. Эксперименты проводились на моделях пласта, составленных из естественных кернов месторождений Долинского нефтепромыслового района. Исследования осуществлялись в условиях, приближенных к, пластовым С горное и пластовое давления, пластовая температура) с использованием пластовых флюидов С пластовая или рекомбинированная нефть, пластовая вода).

Методика проведения экспериментальных исследований заключалась в следующем. В поровом пространстве модели пласта методом вытеснения создавалась начальная водонасыщенность.(остаточная вода). Для ее создания применялось трансформаторное масло, которое заменялось на керосин, а последний — на пластовую нефть исследуемых месторождений. Сначала, при давлении выше давления насыщения, нефть из модели вытеснялась водой. После получения на выходе модели практически чистой воды, закачка ее в модель прекращалась и определялся коэффициент вытеснения. Батем вход в модель перекрывался, а на вы-коде из нее постепенно снижалось давление. Из модели всегда дополйительно извлекалась нефть в количестве 1−5% от первичной насы- ! щенности. Положительные результаты получены во всех проведенных опытах. Следует также отметить, что извлечение нефти из модели пласта при режиме вторичного истощения имело место также во всех случаях, когда до закачки воды в модель она уже частично эксплуатировалась в режиме растворенного газа.

Таким образом, результаты лабораторных исследований дают основание полагать, что доразработка заводненных нефтяных залежей при режиме вторичного истощения позволит улучшить показатели их разработки и увеличить коэффициент извлечения нефти и газа.

Эффективность процесса отмечается в залежах, представленных как пористыми коллекторами, так и трещиновато-порово-кавернозными.

Для трещиновато-кавернозного коллектора механизм воздействия водой и газом исследовался на прозрачной модели ТК-8, длиной 108 см и толщиной 0,5 см, изготовленной из плексигласа. Трещинно"кавер-новая емкость ее составляла 8,0%, проницаемость — 12,5 мкм. Визуальные наблюдения показали, что на процесс вытеснения из такой модели существенную роль. играют силы гравитации. Разность плотности нефти и воды приводит к защемлению нефти в верхних частях каверн, расположенных вдоль трещин, по которым, движется вода.

Коэффициент вытеснения нефти после полного обводнения выходящей жидкости составил 0,69. Совместное вытеснение газом (азот) и водой позволило повысить этот коэффициент до 0,87 за счет вытеснения газом защемленной в кавернах нефти, Таким образом, в трещиновато-кавернозных коллекторах эффективность процесса определяется более полной степенью вытеснения нефти из трещинно-каверновой емкости.

Экспериментальные исследования процесса вытеснения нефти из Трещиновато-кавернозных пластов, водогазовой смесью проводились в институте Укргипрониинефть / 58, 87 /. Процесс исследовался в двух вариантах, отличающихся последовательностью закачки рабочих аген-* тов. В одном варианте закачивались последовательно вода, газ и вода, в другом — газ и вода. В обоих вариантах получен заметный прирост коэффициента извлечения нефти как после замены воды на газ, так и газа на воду. Максимальное увеличение коэффициента вытеснения (до 19%) отмечено для первого варианта воздействия. Этот вариант по своей сути аналогичен процессу разгазирования заводненной залежи путем снижения давления ниже давления насыщения с последующим вытеснением нефти водой.

Для оценки эффективности процесса разгазирования остаточной нефти, содержащейся в заводненном пласте, и вытеснения ее водой проведена серия экспериментальных исследований на естественных моделях пластов. В этих опытах воспроизводились пластовые термобарические условия, использовались пластовые флюиды и создавалась начальная (связанная) водонасыщенность. Все операции по насыщению моделей нефтью, вытеснению и разгазированию производились в кернодержателе.

В опытах использовались модели трещиновато-кавернозного пласта С Р-76) Речицкого месторождения (Белорусская ССР) и по-рового (Л-76) для условий Леляковского месторождения (Украинская ССР). Основные характеристики моделей приведены в табл. 5.1.

Для модели Р-76 поровая часть содержала начальную водонасыщенность (около 20% порового объема), трещинно-каверновая часть полностью нефтенасыщена. Для модели Л-76 начальная водонасыщенность составляла 25%, Опыты проводились с естественными насыщенными нефтями Речицкого и Леляковского месторождений, вязкостыо 1,9 и 0,72 мПа • с соответственно. Разгазирование осуществлялось на стадии предельной (близкой к 100%) обводненности. Коэффициенты вытеснения нефти водой для моделей Р-76 и Л-76 равнялись соответственно 0,675 и 0,710. Снижение давления проводилось.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

!

Продуктивные горизонты на месторождениях Долинского нефтепромыслового района связаны с отложениями палеогенового флиша и приурочены к брахиантиклинальным складкам северо-западного простирания, северо-восточные крылья которых подвернуты и срезаны надвигом. Складки осложнены многочисленными разрывными тектоническими нарушениями различной амплитуды. Мощные продуктивные толщи здесь сложены, в основном, чередованием пластов и пропластков песчаников, алевролитов и аргиллитов и характеризуются чрезвычайно сложным геологическим строением. Многочисленные пласты и пропластки коллекторов цредставлены песчаниками и алевролитами, которые значительно отличаются между собой по пористости и проницаемости. Они не выдержаны по площади и разрезу, замещаются глинистыми разностями, размыты или выклиниваются. В разрезах скважин превалируют яизкопрони-цаемые коллекторы. Однако, как установлено нами по данным цромысловых исследований, главную роль при разработке залежей с поддержанием пластового давления путем заводнения играют сравнительно хорошо проницаемые пласты и пропластки коллекторов, которые являются основными путями фильтрации нагнетаемой воды.

Пластовые нефти на месторождениях Долинского нефтепромыслового района обладают значительным запасом энергии растворенного газа. Они характеризуются большим газосодержанием (165−295 Й/w?), малой вязкостью (0,32−2,05 мПа-с) и высокими, близкими к пластовым давлениями насыщения (24,5−35,7 МПа).

Залежи нефти и газа представляют собой гидродинамически замкнутые системы, не имеющие активной области питания. Поэтому естественным режимом их работы является режим истощения.

Из-за низкой нефтеотдачи пластов (8−12%) при разработке залежей Долинского нефтепромыслового района на естественном режиме они эксплуатируются с поддержанием пластового давления путем заводнения.

Большие трудности возникают при заводнении таких сложнопо-строенных многопластовых продуктивных толщ, характеризующихся значительной неоднородностью коллекторских свойств пород. Эти мощные многопластовые толщи представляют собой набор пластовых сводовых, тектонически, литологически и стратиграфически экранированных ловушек. При заводнении такого типа продуктивных толщ образуются многочисленные тупиковые зоны, в которых нефть «защемлена «закачиваемой водой и не может быть охвачена вытеснением.

Разработка многопластовых толщ на месторождениях Долинского нефтепромыслового района осуществляется одной сеткой скважин с одновременным вскрытием в них единым фильтром всех продуктивных пластов объекта. В процессе эксплуатации таких залежей происходит опережающее продвижение закачиваемой воды по отдельным сравнительно высокопроницаемым пластам и пропласткам. В результате скважины обводняются и прекращают фонтанировать. В дальнейшем продуктивные толщи заводняются, а добывающие скважины выбывают из эксплуатации.

Недалеко то время, когда скважины, эксплуатирующие эти месторождения, будут в основном обводнены. В то же время в продуктивных толщах содержатся значительные запасы нефти и растворенного газа при больших пластовых давлениях. На стадии предельной обводненности продукции нет смысла осуществлять отбор жидкости из залежи с одновременным поддержанием пластового давления, так как закачиваемая в пласты вода будет распространяться по более проницаемым обводненным прослоям. Поэтому увеличение нефтеотдачи путем вовлечения в разработку запасов нефти и газа тупиковых и прикон-турных зон, пластов и пропластков, обойденных закачанной водой, а также запасов углеводородов, оставшихся в коллекторе после вытес.

— 160 нения нефти водой, можно достичь переводя систему разработки слок-нопостроенных заводненных залежей Долинского нефтепромыслового района с водонапорного режима на режим истощения, при котором проявляется упругая энергия системы я энергия растворенного в нефти газа.

На основания проведенных в диссертационной работе исследований можно заключить, что в результате ограничения или прекращения закачки воды на поздней стадии разработки сложнопостроенных залежей и продолжения их разработки на режиме истощения увеличивается нефтегазоотдача пластов за счет более равномерного охвата коллекторов вытеснением и более полного использования пластовой энергии. После завершения процесса истощения, по-видимому, целесообразно будет произвести вытеснение оставшихся запасов нефти и газа в условиях трехфазной насыщенности пласта.

В настоящее время много нефтяных залежей на месторождениях Советского Союза находятся в завершающей стадии разработки, характеризующейся значительной обводненностью добываемой продукции. Учитывая геолого-физические особенности залежей, перевод их системы разработки на режим истощения следует осуществлять только после проведения детального технико-экономического анализа. По-нашему мнению, на-режим истощения прежде всего следует переводить сложнопо-строенные залежи маловязкой нефти с высоким газосодержанием и давлением насыщения близким к пластовому, дальнейшая разработка которых с поддержанием пластового давления экономически нецелесообразна.

Исследования по теме диссертации проводились автором во время его работы в лаборатории нефтепромысловой геологии института Укр-гипрониинефть, начиная с 1962 года. Поэтому полученные основные результаты исследований и рекомендации автора учитывались я внедрялись по ходу решения многочисленных практических задач, возникавших при составлении технологических схем, проектов и анализов разработки сложнопостроенных месторождений Предкарпатья. i.

Результаты, полученные при гидродинамических и лабораторных исследованиях возможности увеличения’конечной нефтегазоотдачи пластов путем перевода системы разработки заводненной залежи с водонапорного режима на режим истощения, использованы для обоснования проведения эксперимента в промысловых условиях. В настоящее время предложенный способ с успехом внедряется на опытных участках эоценовой залежи Северо-Долинского и выгодско-быстрицкой залежи Долинского месторождения.

Таким образом, на основании изучения геолого-фязических особенностей сложнопостроенных месторождений Долинского нефтепромыслового района, а также гидродинамических, лабораторных и промысловых исследований процесса доразработки заводненных залежей нефти при режиме истощения пластовой энергии получены следующие основные результаты и выводы: показано, что при разработке с заводнением неоднородных, в основном низкопроницаемых продуктивных толщ Предкарпатья первостепенное значение имеют относительно высокопроницаемые пласты и прошгасткивпервые на примере менилитовой толщи Долинского месторождения, в условиях флишевых отложений Предкарпатья, исследованы особенности распространения продуктивных пластов по площади и разрезу, их неоднородность, а также выделены участки с промышленно-нефтеносны-ми коллекторамиустановлено, что для сложнопостроенных залежей характерным является широкое распространение локальных ловушек, при заводнении которых образуются тупиковые зоны, содержащие «защемленную «водой нефтьобоснован способ повышения конечной нефтегазоотдачи заводнен.

— 162 игах сложнопостроенных залежей нефти путем перевода системы их, разработки с водонапорного режима на режим истощения пластовой энергиидоказана целесообразность доразработки заводненных залежей Долинского нефтепромыслового района при режиме вторичного истощения.

Результаты, полученные в диссертационной работе, методические приёмы и положения, основанные на изучении сложнопостроенных залежей Долинского нефтепромыслового района могут быть использованы для совершенствования систем доразработки месторождений других нефтегазодобывающих районов страны, характеризующихся аналогичными геолого-физическими условиями.

В диссертации защищаются следующие основные положения: результаты детального изучения геологического строения и условий нефтегазоносности продуктивной толщи Долинского нефтяного месторожденияметодология оценки и степень проявления геолого-физических особенностей сложнопостроенных месторождений Долинского нефтепромыслового района, необходимость и порядок их учета при совершенствовании систем доразработки залежей нефтивозможность и эффективность повышения коэффициентов конечной нефтегазоотдачи заводненных сложнопостроенных залежей путем прекращения закачки воды и доразработки их на режиме истощения пластовой энергиицелесообразность доразработки заводненных залежей Долинского нефтепромыслового района при режиме вторичного истощения.