3. Основные задачи геолого-промысловых исследований с целью решения вопроса о возможности совместной эксплуатации продуктивных пластов

В современных условиях развития нефтяной промышленности особенно возрастает роль правильного, научно обоснованного вы­деления в разрезе нефтяных месторождений оптимального коли­чества эксплуатационных объектов, что позволяет выбирать луч­шие варианты разработки многопластовых нефтяных месторож­дений при максимальных годовых отборах нефти и минимальных капитальных вложениях, повышать конечный коэффициент неф­теотдачи.

Решение вопроса о возможности совместной эксплуатации нескольких продуктивных пластов, т.е. выделения в разрезе многопластовых нефтяных месторождений эксплуатационных объектов, должно являться одной из основных задач при проектировании разработки таких месторождений с целью обеспечения максимальной выработки содержащихся запасов нефти.

Под эксплуатационным объектом следует понимать один или несколько продуктивных пластов, предназначенных для одновременной совместной разработки одной серией эксплуатационных скважин (без применения специального оборудования для одновременно-раздельной эксплуатации), выделенный исходя из геолого-технических условий и экономической целесообразности. В настоящее время в процессе проектирования разработки многопластовых нефтяных и газовых месторождений в один эксплуатационный объект объединяется несколько продуктивных пластов, что позволяет резко сократить затраты на добычу нефти и газа, однако при этом наблюдается ухудшение условий регулирования разработки и уменьшение конечного коэффициента нефтегазоизвлечения. В связи с этим задача объединения нескольких пластов для совместной эксплуатации носит оптимизационный характер и для ее решения необходимо найти определенные количественные критерии. Отмеченное направление исследований является одним из важнейших в нефтегазовой геологии.

Сложность данной проблемы не позволила до настоящего времени решать ее комплексно. Следовательно, создание методики выделения эксплуатационных объектов с геолого-промысловой оценкой целесообразности объединения нескольких продуктивных пластов для совместной эксплуатации – важное звено в процессе подготовки многопластового нефтяного или газового месторождения к разработке. Это направление исследований имеет важнейшее народнохозяйственное значение не только для многопластовых месторождений Западной Сибири, но и для месторождений других нефтегазодобывающих районов страны.

Как известно, при выделении эксплуатационных объектов на стадии проектирования разработки многопластового месторождения большинством исследователей последовательно учитывается пять этапов работы, на каждом из которых рассматриваются и анализируются соответствующие факторы: 1) геолого-промысловые; 2) технологические; 3) технические 4) гидродинамичес-кие; 5) экономические [7, 21, 23, 25, 26]. Односторонний учет только одной из этих групп не позволяет объективно подойти к решению задачи выделения эксплуатационных объектов.

Процесс выделения эксплуатационных объектов нами рекомендуется проводить в два этапа. I) На первом этапе учитываются лишь геолого-промысловые факторы, которые благоприятствуют или наоборот препятствуют объединению пластов для их совместной разработки. Если на первом этапе сложно решить вопрос о выделении эксплуатационных объектов, тогда на втором этапе этот вопрос решают с учетом технологических, технических, гидродинамических и экономических факторов /7,26/.

На первом этапе учитываются следующие геолого-промысловые факторы:

1)рассматриваемые пласты должны принадлежать единому этажу нефтегазоносности, залегать на близких глубинах; 2)пласты должны иметь одинаковую литологическую характеристику и идентичный тип коллектора; 3)сравниваемые пласты должны иметь близкие коллекторские и фильтрационные характеристики; 4)свойства нефти (вязкость, плотность) объединяемых пластов должны быть одинаковыми, их товарные свойства также должны быть близкими; 5)природные режимы сравниваемых пластов должны быть одинаковыми; 6)объединяемые пласты должны содержать значительные удельные запасы нефти с целью обеспечения длительной эксплуатации скважин; 7)пласты должны иметь близкие контуры нефтеносности; 8)толщина промежуточных толщ между объединяемыми пластами и эксплуатационными объектами должна быть надежной для их изоляции;9) пласты должны иметь близкие пластовые давления и температуру /2,3/.

Для решения задачи об оптимальном объединении пластов для совместной эксплуатации нами рекомендуется метод, позволяющий оценить ранговый потенциал каждого из объединяемых пластов:

W= ,

где W – ранговый потенциал продуктивного пласта; Ri – ранговая оценка определенного геолого-промыслового признака, равная 1, 2, 3, 4, 5; Vi – весовой коэффициент соответствующего геолого-промыслового признака (оценивается в зависимости от значимости данного геолого-промыслового признака).

На основе сравнительной оценки ранговых потенциалов предварительно рассматриваются все возможные варианты объединения залежей продуктивных пластов в эксплуатационные объекты с близкими ранговыми потенциалами. На последующих этапах исследований все полученные варианты объединения пластов для совместной эксплуатации рассматриваются уже с целью оценки добывных возможностей и экономической целесообразности их объединения. Наиболее рациональный вариант объединения пластов для совместной эксплуатации оценивается на основе получения максимальной добычи нефти из эксплуатационного объекта при минимальной ее себестоимости. Предлагаемая методика ранговой оценки сравниваемых продуктивных пластов позволяет предварительно, на первом этапе не только качественно, но и количественно оценивать варианты объединения пластов в эксплуатационные объекты, т.е. решать одну из задач рационального проектирования разработки многопластовых нефтяных и газонефтяных месторождений.

Для тех многопластовых нефтяных месторождений, для которых недостаточно учета только геолого-промысловых факторов, дополнительно должны рассматриваться следующие условия.

ΙΙ. На втором этапе исследований на базе анализа геолого-промысловых факторов рассматриваются технологические основы разработки выделенных предварительно эксплуатационных объектов. Здесь учитываются в основном следующие вопросы.

1. Выбор метода поддержания пластового давления. При этом должны учитываться энергетическая характеристика залежи, фильтрационные свойства, связь пласта с законтурной областью, активность пластовых вод, неоднородность пласта, свойства насыщающих его флюидов.

2. Обосновываются различные варианты систем разработки эксплуатационных объектов, размещения добывающих и нагнетательных скважин, их число, сетка скважин.

3. Обосновываются методы контроля и регулирования разработки эксплуатационных объектов, благодаря чему обеспечиваются рациональные условия извлечения нефти. Основная задача контроля и регулирования разработки многопластовых эксплуатационных объектов заключается в максимальном извлечении нефти из каждого продуктивного пласта.

4. Рассматриваются возможности применения различных методов повышения нефтеотдачи для каждого варианта объединения пластов в эксплуатационные объекты.

III. В третьей группе рассматриваются технические факторы, которые включают решение следующих вопросов.

1. Способ и технические условия эксплуатации скважин, которые планируется бурить на каждый из рассматриваемых вариантов объединения пластов в эксплуатационные объекты. Учет этого вопроса – одно из обязательных условий при решении вопроса о возможности объединения пластов в один эксплуатационный объект. Не рекомендуется, естественно, для совместной эксплуатации объединять залежи с различными способами эксплуатации (например, фонтанным и глубиннонасосным). В зависимости от дебитов, депрессии на пласт выбирается и соответствующее оборудование, что подробно изложено в специальной литературе. При этом учитывается возможность образования песчаных пробок, слом эксплуатационных колонн и т.д.

2. Расчет диаметра эксплуатационных колонн в зависимости от дебита нефти и спускаемого в скважину оборудования (например, для одновременно-раздельной эксплуатации).

3. Расчет и выбор диаметра насосно-компрессорных труб. Этот фактор имеет большое значение при эксплуатации одного и нескольких продуктивных пластов.

4. Возможность применения оборудования для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ).

5. Методы изоляции обводнившихся скважин и пластов в процессе разработки за счет подтягивания контурных, подошвенных и промежуточных вод.

6. Выбор приборов и оборудования для контроля за техническим состоянием скважин и состоянием выработки каждого пласта (дебитомеры, расходомеры, термометры, влагомеры, плотномеры, глубинные манометры и т.д.).

IV. На четвертой стадии исследований проводятся гидродинамические расчеты по каждому из вариантов объединения пластов для совместной эксплуатации. При этом необходимо установить следующие показатели: 1) годовую добычу нефти, воды и жидкости по залежи каждого пласта; 2) динамику добычи нефти, воды и жидкости по каждому пласту за основной и весь срок разработки; 3) годовую добычу нефти, воды и жидкости по объединяемым для совместной эксплуатации пластам; 4) динамику добычи нефти, воды и жидкости по совместно эксплуатируемым пластам за основной и весь срок разработки; 5) динамику добычи нефти, воды и жидкости в целом по месторождению по вариантам раздельной и совместной эксплуатации как за основной, так и за весь срок разработки.

Гидродинамические расчеты по отдельной залежи могут проводиться по различным методикам. Однако методика гидродинамических расчетов при совместной эксплуатации пластов разработана еще недостаточно, слабо учитываются геолого-промысловые особенности пластов, их взаимовлияние. Совершенствование гидродинамических расчетов при совместной эксплуатации нескольких пластов позволит более объективно решать вопрос о наиболее рациональном варианте подобного совмещения.

V. В группе экономических факторов учитываются: а) природно-климатические условия рассматриваемого месторождения; б) технико-экономические нормативы на бурение эксплуатационных скважин и обустройство месторождения; в) результаты проведенных гидродинамических расчетов. После этого осуществляются следующие расчеты: 1) оценивается себестоимости нефти, удельные капитальные вложения, приведенные затраты, прибыль за 10-15 лет и за весь срок разработки; 2) сопоставление всех рассчитываемых вариантов с учетом удельных капитальных вложений, себестоимости нефти за первые 10 лет и за весь срок разработки месторождения; 3) выдаются рекомендации по выбору оптимальных вариантов выделения эксплуатационных объектов в разрезе изучаемого месторождения с учетом минимальной себестоимости при максимальном уровне добычи нефти по месторождению.

Анализ вышеизложенного материала позволяет сделать вывод, что задача выделения эксплуатационных объектов на многопластовых нефтяных месторождениях решается на основе сравнительного качественного анализа разнохарактерных факторов. Какие-либо количественные критерии при этом не использовались, методика выбора основных факторов для конкретных условий месторождения до сих пор отсутствует. Для решения этой важной задачи нами предлагается следующий путь.

В группе геолого-промысловых факторов могут быть выделены три признаковых множества. Признаки первого множества, которые обозначим через {a_i}, характеризуют внутренние свойства отдельных пластов R_i, рассматриваемых в данном случае в качестве самостоятельных, замкнутых в себе систем, включающих горные породы и насыщающие их флюиды. К признаковому множеству {a_i} относятся: общая, эффективная и эффективная нефтенасыщенная мощность; неоднородность; гранулометрический состав; глинистость; пористость; проницаемость; гидропроводность; вязкость; плотность нефти; газонасыщенность и т.д.

Признаки второго множества {b_i} характеризуют взаимоотношение между продуктивными пластами R_i, рассматриваемыми в данном случае уже в качестве подсистем более крупной системы или области Ω, то есть Ri Ω. Область Ω представляет собой многопластовое месторождение. Множество {b_i} включает в себя такие параметры как расстояние между продуктивными пластами; плановое соотношение залежей, контролируемых продуктивными пластами, входящими в систему; степень планового соотношения в развитии тел коллекторов; степень литологической и гидродинамической сообщаемости пластов; степень литолого-петрофизической общности коллекторов; соотношение запасов нефти и т.д.

В третье признаковое множество {c_i} входят признаки, характеризующие эксплуатационные (добывные) или динамические возможности пластов, значения которых определяются признаками из множества{a_i} и технологическими условиями разработки. Сюда могут быть отнесены пластовое давление, депрессия, дебит нефти, коэффициент продуктивности, коэффициент нефтеотдачи и т.д. следовательно, первое множество {a_i} характеризует физико-литологические, петрографические особенности пластов, их макро- и микронеоднородность, физико-химические свойства флюидов. Признаки второго множества {b_i} характеризуют пространственно-геометрическое взаимоположение продуктивных пластов в области Ω, а также их взаимоотношение с общегеологических и морфологических позиций. Очевидно, тогда признаки {c_i} могут быть отнесены к категории ключевых (или опорных), характеризующих добывные возможности отдельно или совместно эксплуатируемых пластов и эффективность разработки, а также являющихся основой для принятия соответствующих решений.

Таким образом, анализируя вышесказанное, можно сделать вывод, что одна из задач при решении вопроса выделения эксплуатационных объектов должна заключаться в разработке методики количественной оценки степени различия пластов по геолого-промысловым признакам. Однако, как показывает практика, такая оценка вряд ли возможна по усредненным геолого-промысловым признакам пластов. Задача состоит в том, чтобы дать оценку изменения геолого-промысловых признаков каждого пласта по площади и разрезу. Решение ее заключается в создании метода, оценивающего степень различия геолого-промысловых признаков пластов. Вторая задача заключается в установлении влияния степени различия сравниваемых пластов на результаты их совместной эксплуатации. Анализ разработки многопластовых эксплуатационных объектов показывает, что это проявляется в основном в снижении производительности совместно эксплуатируемых пластов по сравнению с суммарной добычей раздельно эксплуатируемых пластов. Следовательно, при решении этой задачи нужно учитывать влияние признаков первого и второго множеств на признаки третьего множества, то есть на производительность, или дебиты совместно эксплуатируемых пластов.

Таким образом, используя сравнительный анализ годовых и накопленных отборов нефти при вариантах раздельной и совместной эксплуатации пластов, а также учитывая современные экономические показатели (поток наличности (NPV), внутренняя норма возврата капитальных вложений (IRR), индекс доходности (PI), период окупаемости вложенных средств, капитальные вложения, эксплуатационные затраты), можно установить количественные критерии наиболее рационального объединения пластов для совместной эксплуатации на многопластовых нефтяных месторождениях. Предложенный способ оценки возможности объединения пластов для совместной эксплуатации позволяет обосновать оптимальные варианты выделения эксплуатационных объектов в разрезе многопластовых месторождений. Предложенный способ, в свою очередь, позволяет решить первую задачу при проектировании разработки многопластовых нефтяных, газонефтяных месторождений с целью обеспечения максимальной выработки содержащихся в них запасов нефти и газа.

Рассмотрим вопрос о возможности объединения нескольких продуктивных пластов. Пусть, например, рассматривается вопрос о целесообразности объединения двух в пространственном отношении сближенных про­дуктивных пластов R₁ и R₂. Установлено, что как коллекторы, так и насыщающие их нефти близки по своим усредненным значениям признаков и не исключают возможности совмещения указанных пластов для совместной эксплуатации. Допустим, наряду с ука­занными сведениями о пластах нам известно, что характер рас­пределения песчаников и глин по площади или в некотором на­правлении в каждом из пластов R_i описывается моделью гармо­нического колебания.

y= (16.1)

и что график этой функции распределения по одному из пластов сдвинут относительно другого на величину =π. Такое смещение по фазе будет свидетельствовать о взаимообратном плановом рас­пределении тел коллекторов в анализируемых пластах (рис. 34).

Если присутствие коллектора обозначить через единицу, а его отсутствие через ноль, то каждому пересечению пластов R₁, R₂ скважиной будет отвечать двумерный вектор {0,1} т, е. объеди­нение пластов в один объект не имеет смысла. Приведенный при­мер показывает, насколько важным при выделении эксплуатацион­ных объектов является рассмотрение продуктивных пластов в отношении всех признаковых множеств, так что ни одно из них не может быть отнесено к категории второстепенных. В зависимости от геологического строения каждого конкретного месторождения, решающими могут оказаться признаки любой из перечисленных выше групп.

Рис. 34. График распределения песчаников и глин в разрезе многопластового месторождения (вари­ант смещения фаз в распределе­нии коллекторов).

Составили В. Г. Каналин, Г. Т. Закирова

1 — песчаники нефтеносные; 2 — песча­ники водоносные; 3 —глины

Таким образом, одна из задач должна заключаться в разработ­ке методики количественной оценки степени различия пластов по геолого-промысловым признакам. Однако, как показывает практи­ка выделения эксплуатационных объектов и вышеприведенный при­мер, такая оценка вряд ли возможна по усредненным геолого-про­мысловым признакам пластов. Задача состоит в том, чтобы дать оценку изменения геолого-промысловых признаков каждого пласта как по площади, так и по разрезу. Решение ее в создании метода, оценивающего степень различия геолого-промысловых признаков пластов. Вторая задача – исследование зависимости коэффици­ента продуктивности скважин при совместной эксплуатации пла­стов (К_совм) от степени различия пластов по геолого-промысловым признакам на многопластовых нефтяных месторождениях.

Третьей задачей является группирование нефтяных залежей в соответствующие классы, группы по комплексу определяющих геолого-промысловых признаков, что необходимо при сравнитель­ной оценке возможности объединения нескольких залежей в один эксплуатационный объект. Получив распределение нефтяных за­лежей по соответствующим классам, группам, можно на этой ос­нове перейти к такой классификации многопластовых нефтяных месторождений, которая позволила бы объективно учитывать воз­можность выделения эксплуатационных объектов в их разрезе.

Четвертая задача заключается в установлении влияния степени различия сравниваемых пластов на результаты их совместной эксп­луатации. Анализ разработки многопластовых эксплуатационных объектов показывает, что это проявляется в основном в снижении коэффициента продуктивности совместно эксплуатируемых пластов по сравнению с суммарным коэффициентом раздельно эксплуати­руемых пластов. Следовательно, при решении этой задачи надо учесть влияние признаков первого и второго множеств на признаки третьего множества, т.е. на коэффициент продуктивности и дебиты совместно эксплуатируемых пластов.

Пятая задача исследований состоит в проведении комплексных исследований на конкретных многопластовых нефтяных месторож­дениях, расположенных в различных нефтедобывающих районах страны, и в обосновании выделения в их разрезе эксплуатацион­ных объектов с выдачей соответствующих рекомендаций проектным и производственным организациям. При решении отмеченных задач должны учитываться геолого-промысловые признаки всех трех множеств.

Решение и анализ всех поставленных задач позволит опреде­лить основные геолого-промысловые критерии возможности объе­динения нескольких продуктивных пластов в один объект эксп­луатации.