Научные аспекты совместной разработки пластов и технологий ОРЭ (ОРЗ)

Актуальность проблемы. Опережающая выработка запасов нефти, сосредоточенных в высокопроницаемых и высокопродуктивных коллекторах, формирование остаточных запасов в низкопроницаемых зонах коллекторов, быстрый рост обводненности и снижение темпов отбора, все эти явления создали необходимость дальнейшего изучения процессов, происходящих в пластах с различными фильтрационно-емкостными свойствами при их совместной разработке. Исследованиями многих ученых показано, что при заводнении высокопроницаемых слоев коллектора традиционные подходы в разработке пачек неоднородных пластов снижают свою эффективность. Возрастающие объемы закачиваемой воды с целью интенсификации добычи нефти способствуют существенному изменению термодинамического состояния разрабатываемых залежей. В этих условиях важно сохранить и повысить эффективность действующих систем разработки. Однако, как показывает практика, осуществление доразработки залежей происходит без детального изучения процессов, имеющих место в нефтенасыщенных, частично заводненных коллекторах.

Неравномерной выработке запасов нефти способствуют высокая неоднородность поля проницаемости и расчлененность нефтенасыщенных коллекторов, а также неравномерный охват заводнением как по площади, так и по разрезу эксплуатационных объектов. Особенно это затрагивает разработку многопластовых объектов, состоящих из пластов с разными фильтрационно-емкостными свойствами. Бурно развивающиеся в последнее время технологии одновременно-раздельной эксплуатации (закачки) (ОРЭ) призваны изменить ситуацию с выработкой запасов из многопластовых объектов при их совместной разработке. Однако в области обоснования применения технологии ОРЭ (ОРЗ) существует ряд нерешенных вопросов. В частности не решены вопросы критериев эффективного применения технологии ОРЭ, влияния технологии на повышение нефтеотдачи совместно разрабатываемых пластов и т. д.

Другой насущной проблемой в разработке нефтяных месторождений является неконтролируемая совместная разработка двух и более пластов при проведении гидроразрыва пласта. В результате ГРП на низкопроницаемом пласте может возникать гидродинамическая связь с ниже и выше лежащими пластами, что приводит к спонтанной совместной разработке пластов с сильно отличающимися фильтрационно-емкостными характеристиками.

Представленная работа посвящена изучению процессов выработки запасов нефти из многопластовой залежи при совместной разработке пластов с разными ФЕС.

Цель работы. Основной целью работы является изучение особенностей выработки запасов из пластов с различающимися фильтрационно-емкостными свойствами при их совместной разработке единым фильтром или с применением технологий ОРЭ (ОРЗ).0бгекш исследования. Многопластовые залежи нефти, разрабатываемые единой сеткой скважин. Свойства флюидов и фильтрационно-емкостные свойства коллектора отличаются для совместно разрабатываемых пластов.

Предмет исследования. Технологии разработки многопластовых объектов единым фильтром и с применением техники одновременно-раздельной эксплуатации. Процессы фильтрации в неоднородных коллекторах с учетом градиента динамического давления сдвига (ГДЦС), межпластовые внутрискважинные перетоки, фильтрация жидкости в области трещин ГРП.

Основные задачи исследования.

1. Исследование процессов фильтрации с учетом ГДЦС в послойно неоднородном по проницаемости пласте.

2. Теоретическое изучение на моделях многофазной фильтрации движения пластовых флюидов в двухпластовой системе коллекторов с отличающимися фильтрационно-емкостными свойствами при разных вариантах разработки.

3. Исследование выработки запасов нефти низкопроницаемого пласта с применением ГРП при возникновении гидродинамической связи с прилежащими по разрезу пластами при разной степени их заводненности.

4. Обоснование применения технологии ОРЭ как метода повышения нефтеотдачи пластов.

Методы исследований. Решение поставленных задач основано на использовании современных методов гидродинамического моделирования, способов обработки статистической информации по истории разработки месторождения, обобщении разработанных рекомендаций и проведения промышленных испытаний предлагаемых решений.

Научная новизна.

1. Показано, что при неныотоновском течении жидкости в послойно-неоднородном по проницаемости пласте к концу разработки значительные запасы нефти остаются в низкопроницаемом слое в межскважинных зонах пласта. В призабойных зонах добывающих скважин возникает водяной конус, и коллектор низкопроницаемого слоя заводняется за счет вертикального вытеснения нефти водой, поступающей из заводненного высокопроницаемого слоя.

2. При совместной разработке двух пластов с сильно отличающимися проницаемостями значения конечного КИН и КИН за безводный период эксплуатации сильно зависят как от соотношения проницаемостей совместно эксплуатируемых пластов, так и от ГДДС. При этом зависимость от величины ГДДС более сильная.

3. Показано, что эффект от применения технологий ОРЭ (ОРЗ) в значительной мере зависит от проницаемостей совместно разрабатываемых пластов. В зависимости от соотношения проницаемостей пластов увеличение КИН и темпов отбора запасов нефти залежи может сопровождаться как возрастанием, так и сокращением объемов попутно добываемой воды, что увеличивает экономическую привлекательность технологии. При близких значениях проницаемостей совместно разрабатываемых пластов эффект от ОРЭ (ОРЗ) стремится к 0.

4. Показано, что при присоединении в результате ГРП дополнительного пласта в зависимости от его энергетического состояния, выработки запасов и проницаемости, изменения в технологических показателях работы скважины могут иметь следующие тенденции: 1) увеличение дебита нефти со снижением обводненности добываемой продукции, 2) увеличение дебита нефти с незначительным и кратковременным увеличением обводненности, 3) кратковременное и незначительное увеличение дебита нефти при возрастании обводненности практически до предельных значений. В скважинах, в которых в результате ГРП не происходило присоединения другого пласта, после проведения гидроразрыва низкопроницаемого пласта наблюдалось увеличение дебита жидкости с неизменной обводненностью добываемой продукции. Основные защищаемые положения.

1. Представление о ньютоновском режиме фильтрации нефти в низкопроницаемом коллекторе не соответствует реальности и привносит существенную ошибку в определении остаточных запасов нефти в неоднородных по проницаемости коллекторах.

2. При разработке многопластовой залежи вариант с последовательной выработкой запасов нефти пластов характеризуется более низким КИН по сравнению с вариантом их совместной разработки единым фильтром или с применением техники ОРЭ.

3. Наиболее эффективным в разработке многопластовой системы коллекторов является применение технологии ОРЭ (З). При этом достигается наибольший КИН и низкопроницаемый пласт вводится в разработку одновременно с высокопроницаемым.

4. При разработке многопластовой залежи, состоящей из высокопроницаемых и низкопроницаемых пластов, на выработку низкопроницаемых пластов существенно влияет присоединение в результате ГРП высокопроницаемых пластов. При этом, значительную роль в определении показателей разработки, как скважины, так и залежи играют возникающие межпластовые перетоки жидкости в области трещины.

ГРП.

5. Предложена модифицированная методика выявления внутрискважинных межпластовых перетоков с учетом наличия трещин гидроразрыва пласта.

Достоверность полученных результатов достигалась путем применения современных методов математического моделирования и методов обработки статистической информации с использованием ПЭВМ, анализа и апробации полученных рекомендаций в промысловых условиях.

Практическая ценность. Результаты, полученные в диссертационной работе, используются при реализации геолого-технических решений в разработке нефтяных залежей Самотлорского месторождений.

От внедрения разработанных автором рекомендаций по состоянию на 1 мая 2012 г. получен технологический эффект в объеме 2140 т дополнительно добытой нефти с экономическим эффектом 2.635 млн. рублей.

Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовал в проведении численных расчетов, формулировке основных выводов работы, в постановке и проведении опытно-промышленных работ по выбору и обоснованию применения технологий ОРЗ и ОРЭ на ряде месторождений России и Казахстана.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах ООО НПО «Нефтегазтехнология», ООО «РН-УфаНИПИнефть» (г. Уфа, 2009;2011 гг.), «ТНК-ВР», ТННЦ (Тюмень, 2010;2011), на Конференции молодых специалистов нефтяной и геологической отраслей ХМАО, XI Российском энергетическом форуме, XI Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2011 г.), на ЦКР (г. Москва, 2006;2011 гг), ГКЗ (г. Москва, 2006;2011 гг).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 15 научных работах, из них 12 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 100 наименований. Работа изложена на 151 страницах, в том числе содержит 16 таблиц, 99 рисунков.

Основные выводы и рекомендации.

1. Изучение заводнения послойно-неоднородного по проницаемости пласта показало, что при ньютоновском режиме течения моделирование позволяет достичь практически полной выработки высокопроницаемого и низкопроницаемого слоев. Однако, промысловые данные показывают, что низкопроницаемые слои остаются незаводненными. Таким образом, моделирование выработки запасов низкопроницаемого слоя при ньютоновском режиме течения нефти не соответствует реальности.

2. Показано, что при моделировании неньютоновского течения жидкости в послойно-неоднородном по проницаемости пласте к концу разработки участка значительные запасы нефти остаются в низкопроницаемом слое в межскважинных зонах пласта. При этом, в призабойных зонах добывающих скважин возникает водяной конус, и коллектор низкопроницаемого слоя заводняется за счет вертикального вытеснения нефти водой, поступающей из заводненного высокопроницаемого слоя.

3. При совместной разработке двух пластов с сильно отличающимися проницаемостями увеличение значения ГДЦС приводит к существенному снижению выработки низкопроницаемого пласта и в меньшей мере высокопроницаемого пласта. Остаточные запасы нефти высокопроницаемого пласта сосредоточены в межскважинных застойных зонах, как в области отбора, так и в области закачки. С ростом ГДДС объем и нефтесодержание этих зон увеличивается.

4. Величины конечного КИН и КИН за безводный период эксплуатации двухпластовой залежи сильно зависят как от соотношения проницаемостей совместно эксплуатируемых пластов, так и от ГДЦС. При этом зависимость от величины ГДДС более сильная.

5. Конечный КИН низкопроницаемого пласта с ростом проницаемости коллектора возрастает, в то время как для высокопроницаемого пласта он снижается с увеличением проницаемости низкопроницаемого пласта. Монотонность снижения КИН высокопроницаемого пласта с ростом соотношения проницаемостей пластов К нарушается при значениях ГДДС более 0.01 атм/м. Кривые зависимости КИН (——) в.

Квп области ГДЦС> 0.01 атм/м имеют максимум.

6. Показано, что при разработке двухпластовой залежи вариант с последовательной выработкой запасов нефти пластов характеризуется более низким КИН по сравнению с вариантом их совместной разработки. Это связано с тем, что при совместной разработке двух пластов высокопроницаемый пласт вырабатывается в большей степени при обводненности добываемой продукции ниже предельной.

7. Наиболее эффективным в разработке двухпластовой системы коллекторов является применение технологии ОРЭ (3). При этом достигается наибольший КИН и низкопроницаемый пласт вводится в разработку одновременно с высокопроницаемым. Независимый приток жидкости из пластов позволяет достичь большей выработки запасов нефти из высокопроницаемого пласта при обводненности ниже предельной, ускорить сроки разработки залежи. Отрицательными моментами данного варианта разработки являются высокая стоимость оборудования ОРЭ (3) и длительный период разработки с высокой обводненностью добываемой продукции.

8. Эффект от применения технологий ОРЭ (ОРЗ) в значительной мере зависит от проницаемостей совместно разрабатываемых пластов. В зависимости от соотношения проницаемостей пластов увеличение КИН и темпов отбора запасов нефти залежи может сопровождаться как возрастанием, так и сокращением объемов попутно добываемой воды, что увеличивает экономическую привлекательность технологии. При близких значениях проницаемостей совместно разрабатываемых пластов эффект от ОРЭ (ОРЗ) стремится к 0.

9. Моделирование разработки двухпластовой залежи коллекторов, состоящей из высокопроницаемого и низкопроницаемого пластов, показало, что на выработку низкопроницаемого пласта существенно влияет присоединение в результате ГРП высокопроницаемого пласта. При этом, значительную роль в определении показателей разработки, как скважины, так и залежи играют возникающие межпластовые перетоки жидкости в области трещины ГРП.

10. Показано, что при присоединении в результате ГРП дополнительного пласта в зависимости от его энергетического состояния, выработки запасов и проницаемости, изменения в технологических показателях работы скважины могут иметь следующие тенденции: 1) увеличение дебита нефти со снижением обводненности добываемой продукции, 2) увеличение дебита нефти с незначительным и кратковременным увеличением обводненности, 3) кратковременное и незначительное увеличение дебита нефти при возрастании обводненности практически до предельных значений. Для сравнения отметим, что в скважинах, в которых в результате ГРП не происходило присоединения другого пласта, после проведения гидроразрыва низкопроницаемого пласта наблюдалось увеличение дебита жидкости с неизменной обводненностью добываемой продукции.

11. Предложена модифицированная методика выявления внутрискважинных межпластовых перетоков с учетом наличия трещин гидроразрыва пласта. Методика является достаточно простой и может быть использована в промысловых условиях.

12. С применением предложенной методики проведена оценка вероятности возникновения внутрискважинных перетоков жидкости при совместной эксплуатации пластов с различным энергетическим состоянием на объектах разработки Самотлорского месторождения. Выявлены скважины с внутрискважинным межпластовым перетоком, предложены геолого-технические мероприятия по их устранению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, в работе было показано, что в настоящее время вопросы совместной разработки многопластовых неоднородных по проницаемости объектов приобретают особую значимость в связи с необходимостью наращивания уровней добычи нефти за счет приобщения ранее не вырабатываемых пластов. Приведенные в работе исследования позволяют ответить на ряд наиболее острых вопросов в разработке многопластовых нефтяных залежей при совместной эксплуатации пластов единым фильтром или с применением техники ОРЭ.