Повышение эффективности разработки нефтяных оторочек в карбонатных коллекторах на основе гидродинамического моделирования

Значительная доля запасов углеводородов сосредоточена в нефтяных оторочках нефтегазовых месторождений, которые составляют около трети от общих запасов. Среди них существенная доля приходится на карбонатные коллектора, причем значительная часть балансовых запасов углеводородов может содержаться в низкопроницаемых поровых блоках матрицы (Ардалинское, Белокаменное, Тенгизское, Варандейское, Торавейское, Верхнечонское, Юрубчено-Тохомское, Арчинское, Оренбургское и др. месторождения). Это необходимо учитывать при гидродинамическом моделировании с целью принятия технологических решений.

Опыт разработки нефтяных оторочек в карбонатных коллекторах свидетельствует, что в ряде случаев как при упруго-газо-водонапорном режиме разработки, так и при поддержании пластового давления по стандартным схемам регулирования процесса заводнения, выработка поровых блоков реализуется не в полной мере, что приводит к низким коэффициентам извлечения нефти (порядка 25%).

Карбонатные коллектора имеют исключительно сложные фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС), которые не поддаются уверенному изучению геофизическими и лабораторными методами. Вместе с тем, во многих случаях при гидродинамических расчетах используют эквивалентную поровую модель, фильтрационно-емкостные свойства которой осредняются по пустотному пространству, вследствие чего недостаточно полно учитывается степень реализации фильтрационных процессов, в первую очередь, обмен флюидами между низкопроницаемой матрицей и трещинами. Попытка учета особенностей ФЕС осуществляется при использовании модели двойной пористости/проницаемости, в которой, несмотря на упрощение реальной модели пласта, возможно более полно учесть механизмы выработки обеих сред (трещин и поровых блоков).

На сегодняшний день выбор модели производится по величине комплексного параметра — безразмерное время запаздывания скорости перераспределения давления в средах, который позволяет учесть не все фильтрационно-емкостные и физические свойства системы, существенные при гидродинамических расчетах. Это приводит к недостаточно полному учету комплексного влияния гидродинамических, капиллярных, гравитационных и деформационных сил. Промысловый опыт разработки показывает, что при значениях указанного параметра, соответствующих поровой модели, фактическая динамика разработки характеризует особенности коллектора с двумя видами пустот. В результате, принятые технологические решения при расчетах по поровой модели приводят к низким фактическим коэффициентам извлечения нефти. Кроме того, при расчетах на полномасштабных моделях (большие гидродинамические ячейки) не представляется возможным оценить влияние деформационных процессов, а также изменения газонасыщенности пластов при разработке нефтяных оторочек.

Учитывая вышеизложенное, актуальным является исследование, направленное на выявление закономерностей влияния фильтрационно-емкостных и физических свойств системы пласт-флюид на текущие и конечные технологические показатели разработки при гидродинамическом моделировании для повышения эффективности разработки нефтяных оторочек в карбонатных коллекторах.

Цель работы.

Разработка методических основ исследования закономерностей влияния фильтрационно-емкостных и физических свойств системы пласт-флюид на показатели разработки при гидродинамическом моделировании с целью увеличения степени реализации механизмов фильтрации при проектировании и регулировании разработки карбонатных коллекторов с нефтяными оторочками.

Основные задачи исследований.

1. Анализ опыта разработки карбонатных коллекторов на естественных водогазонапорных режимах и при заводнении.

2. Обобщение лабораторных и промысловых методов изучения фильтрационно-емкостных свойств и механизмов извлечения нефти карбонатного коллектора, определяющих расчет показателей разработки при гидродинамическом моделировании порово-трещинного коллектора.

3. Разработка методики воспроизведения результатов гидродинамических исследований скважин с учетом деформационных процессов и роста газонасыщенности для обоснования режимов работы добывающих скважин.

4. Исследование степени реализации механизмов фильтрации в карбонатных коллекторах на основе гидродинамического моделирования для обоснования технологии разработки нефтяных оторочек при заводнении.

5. Выявление закономерностей влияния фильтрационно-емкостных параметров и физических свойств системы пласт-флюид на текущие и конечные технологические показатели разработки с целью повышения эффективности разработки нефтяных оторочек.

6. Обоснование рациональных режимов работы скважин с учетом комплексного влияния физических процессов, протекающих при разработке нефтяных оторочек в карбонатных коллекторах.

7. Разработка рекомендаций по повышению эффективности разработки нефтяных оторочек в карбонатных коллекторах с использованием горизонтальных скважин (ГС).

Методы решения поставленных задач.

Решение поставленных задач основано на результатах обобщения теоретических, экспериментальных и промысловых исследований особенностей фильтрационных процессов в карбонатных коллекторах, использовании современных методов математического моделирования процессов фильтрации жидкостей, методах математической теории эксперимента.

Научная новизна.

На основании выполненных в диссертации исследований и разработок получены следующие научные результаты.

1. Выявлены закономерности влияния проницаемости и пористости системы трещин и матрицы, зависимостей проницаемости трещин от внутрипорового пластового давления, анизотропии проницаемости, капиллярного давления поровых блоков в системе нефть-вода, как существенных при гидродинамических расчетах, на текущие и конечные технологические показатели разработки, обусловленные степенью реализации механизмов выработки. При этом показано, что основное влияние оказывают проницаемость и пористость системы трещин и матрицы. Так, для высокопроницаемой подгазовой зоны при жестко-водонапорном режиме с пористостью матрицы 10% изменение проницаемости матрицы с л т л.

1*10″ до 5*10″ мкм приводит к увеличению КИН на 5% (с 21,5 до 26,4%).

2. Получены количественные закономерности влияния гидродинамических градиентов на обмен флюидами между низкопроницаемой матрицей и трещинамипричем снижение гидродинамических градиентов во всех случаях приводит к активизации обмена. Так, показано, что в случае высокопроницаемой подгазовой зоны (пласт Рифей Юрубчено-Тохомское месторождение) при ограничении на приемистость, равном 35% от отбора жидкости, КИН может быть увеличен в 1,4 раза.

3. Обоснованы границы использования эквивалентной поровой модели и модели двойной пористости карбонатного коллектора с низкопроницаемой матрицей для различных технологий разработки, основанные на выявленных закономерностях. При этом показано, что при разработке подгазовой зоны модель порового коллектора недостаточно полно учитывает комплекс процессов, в т. ч. изменение насыщенностей фазами, что приводит к завышению отрицательного влияния конусообразования. При отсутствии гидродинамической связи между газовой и нефтяной частью в интервале проницаемости карбонатного коллектора от 40*10″ 3 до 15−10″ 3 мкм2 для прогнозирования конечных КИН возможно использование обеих моделей карбонатного пласта.

Связь диссертационной работы с плановыми исследованиями.

Работа выполнялась в рамках научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедрах «Разработки и эксплуатации нефтяных месторождений» и «Разработки и эксплуатации газовых месторождений» Российского Государственного Университета нефти и газа имени И. М. Губкина по темам: «Создание методического обеспечения применения современных технологий повышения эффективности и эксплуатации морских месторождений РФ», «Методика выбора рациональных вариантов разработки нефтяных оторочек газоконденсатных залежей».

Степень достоверности результатов проведенных исследований.

Достоверность результатов проведенных исследований основывается на:

1) обобщении теоретических и экспериментальных исследований особенностей процессов фильтрации в карбонатных коллекторах;

2) результатах математического эксперимента при гидродинамическом моделировании, полученных при наиболее полном учете физических процессов, протекающих при разработке нефтяных оторочек карбонатных коллекторов;

3) результатах адаптации гидродинамических моделей как по истории разработки, так и при воспроизведении данных гидродинамических исследований скважин с достаточной сходимостью расчетных параметров.

Практическая значимость.

Разработанные научно-методические основы исследования закономерностей влияния фильтрационно-емкостных и физических свойств системы пласт-флюид на показатели разработки при гидродинамическом моделировании карбонатных коллекторов с нефтяными оторочками могут быть использованы при проектировании и управлении разработкой.

Разработана методика воспроизведения результатов гидродинамических исследований скважин с учетом деформационных процессов и роста газонасыщенности для обоснования режимов работы добывающих скважин. При этом показано, что основными адаптационными параметрами являются трещинные ФЕС, в т. ч. зависимость проницаемости трещин от внутрипорового пластового давления. Даны оценки параметров зависимостей трещинной проницаемости от эффективного давления, которые могут быть использованы при прогнозировании показателей разработки нефтяной оторочки пласта Рифей.

Получены рекомендации по регулированию разработки для различных типов карбонатного пласта Рифей Юрубчено-Тохомского нефтегазового месторождения, основанные на снижении гидродинамических градиентов, направленных на активизацию обмена между низкопроницаемой матрицей и трещинами.

Разработаны рекомендации по повышению эффективности разработки подгазовых зон с использованием ГС (профиль, длина, степень вскрытия продуктивного пласта, режимы работы скважин), которые могут быть использованы для условий, близких к низкопроницаемым областям пласта Рифей.

Апробация работ.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 6-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, Россия, 2005г- 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, 2007гВсероссийской конференции «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности», Москва, 2007гнаучном семинаре кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

Публикации.

По материалам работы опубликованы 2 статьи и 3 тезиса докладов на всероссийских научных конференциях.

Структура и объем работ.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы. Содержит 194 страницы, включая 38 таблиц, 93 рисунка и списка литературы на 6 страницах.

Основные выводы.

1. Показано, что повышение эффективности разработки порово-трещинных коллекторов с низкопроницаемой матрицей возможно при использовании гидродинамических моделей, позволяющих учесть изменение степени влияния механизмов фильтрации на технологические показатели разработки при управлении разработкой нефтегазовых месторождений. Это может быть обеспечено при использовании модели двойной пористости, учитывающей влияние гидродинамических, капиллярных, гравитационных и деформационных сил на выработку запасов.

2. Выявлены закономерности влияния проницаемости и пористости системы трещин и матрицы, зависимостей проницаемости трещин от внутрипорового пластового давления, анизотропии проницаемости, капиллярного давления поровых блоков в системе нефть-вода, как существенных при гидродинамических расчетах, на текущие и конечные технологические показатели разработки, обусловленные степенью реализации механизмов выработки. При этом показано, что основное влияние оказывают проницаемость и пористость системы трещин и матрицы.

3. Получены количественные закономерности влияния гидродинамических градиентов на обмен флюидами между низкопроницаемой матрицей и трещинамипричем снижение гидродинамических градиентов во всех случаях приводит к активизации обмена.

4. Обоснованы границы использования эквивалентной поровой модели и модели двойной пористости карбонатного коллектора с низкопроницаемой матрицей для различных технологий разработки, основанные на выявленных закономерностях. При этом показано, что при разработке подгазовой зоны модель порового коллектора недостаточно полно учитывает комплекс процессов, в т. ч. изменение насыщенностей фазами, что приводит к завышению отрицательного влияния конусообразования. При отсутствии гидродинамической связи между газовой и нефтяной частью в интервале проницаемости карбонатного коллектора от.

3 3 2.

40*10″ до 15*10″ мкм для прогнозирования конечных КИН возможно использование обеих моделей карбонатного пласта.

5. Разработаны научно-методические основы исследования закономерностей влияния фильтрационно-емкостных и физических свойств системы пласт-флюид на показатели разработки при гидродинамическом моделировании с целью увеличения степени реализации механизмов фильтрации при проектировании и регулировании разработки карбонатных коллекторов с нефтяными оторочками.

6. Разработана методика воспроизведения результатов гидродинамических исследований скважин с учетом деформационных процессов и роста газонасыщенности для обоснования режимов работы добывающих скважин. При этом показано, что основными адаптационными параметрами являются трещинные ФЕС, в т. ч. зависимость проницаемости трещин от внутрипорового пластового давления. Даны оценки параметров зависимостей трещинной проницаемости от эффективного давления, которые могут быть использованы при прогнозировании показателей разработки нефтяной оторочки пласта Рифей.

7. Показано, что повышение эффективности разработки низкопроницаемых карбонатных коллекторов с нефтяными оторочками может быть достигнуто при применении ГС, что обусловлено следующими основными факторами: низкая продуктивность скважин, возможное конусообразование, необходимость снижения гидродинамических градиентов. Обоснованы параметры технологии ГС (плотность сетки скважин, профиль, длина, степень вскрытия продуктивного пласта, режимы работы скважин).

8. В результате апробации выявленных закономерностей влияния фильтрационно-емкостных и физических свойств системы на показатели разработки при адаптации гидродинамических моделей пласта М1 Арчинского нефтегазоконденсатного месторождения показано, что принятие за основу к краткосрочному прогнозированию (3 года) модели без учета двойной пористости приводит к завышению накопленной добычи нефти на 6% и занижению обводненности продукции скважин в 2 раза, что снижает эффективность технологических решений.