Организация процесса разработки залежей нефти при заводнении. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

В.Е. ТИТОВ

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ ПРИ ЗАВОДНЕНИИ

Учебное пособие

Самара Самарский государственный технический университет

2017

1

ВВЕДЕНИЕ

Разработка нефтяных месторождений с заводнением осуществляется во всех нефтедобывающих странах мира. Не является исключением и Россия, где сосредоточены огромные запасы углеводородного сырья. Заводнение было и по настоящее время остается основным методом, применяемым при разработке практически всех месторождений нашей страны.

Многолетний опыт организации различных вариантов заводнения позволил накопить богатый опыт в области извлечения нефти, особенно при наличии осложненных условий эксплуатации объектов. Особенности процесса разработки залежей нефти позволили сформировать принципы, а на их основе создать технологии добычи сырья из объектов с различными геолого-физическими характеристиками. Широкое внедрение технологий с заводнением обеспечило повышение нефтеотдачи и темпов извлечения нефти. Однако несмотря на достигнутые результаты, не менее половины запасов нефти после окончания процесса разработки остается в недрах неизвлеченными. Для повышения эффективности методов воздействия на нефтяные пласты необходимо совершенствовать существующие технологии. Даже незначительное улучшение показателей процесса разработки залежей с применением заводнения дает ощутимый эффект. Одними из важнейших проблем при разработке месторождений являются контроль и регулирование процесса эксплуатации нефтяных залежей на режиме вытеснения нефти водой.

Как правило, достижение запроектированного коэффициента извлечения нефти невозможно без эффективного регулирования процесса разработки. Под понятием «регулирование» подразумеваются организация и проведение не только геолого-технических мероприятий, гидродинамических методов повышения нефтеотдачи, но и фи- зико-химических с закачкой химических реагентов или их композиций. Различные варианты обработок призабойных зон скважин также относятся к необходимым мероприятиям. Особенно пристальное

3

внимание в плане регулирования необходимо сосредоточить на завершающих этапах разработки, когда в продукции скважин появляется значительная доля воды.

В редких случаях наблюдается высокая выработка извлекаемых запасов при низкой обводненности продукции скважин. Такой вариант организации процесса разработки залежи наиболее предпочтителен, но, как правило, перед специалистами нефтедобывающей отрасли встают сложные проблемы, связанные с низкой степенью выработки извлекаемых запасов нефти при высоком значении обводненности. Поэтому только организация комплекса мероприятий, направленных на достижение равномерной скорости дренирования всех зон залежи, может обеспечить максимально возможную полноту выработки запасов нефти объекта разработки.

Трудности регулирования процесса разработки связаны с такими причинами, как невозможность организовать запроектированный оптимальный режим из-за ошибок в проектировании; отсутствие технических возможностей регулирования режима работы глубиннонасосного оборудования в скважинах; схематизация характера неоднородности коллектора из-за отсутствия информации в начальный период эксплуатации объекта. В первых проектных документах процесс разработки объекта базируется на усредненных показателях по причине отсутствия необходимой информации. Только с течением времени, по мере поступления результатов мониторинга процесса, можно оценить характеристики каждого отдельного элемента залежи.

Отсутствие систематического контроля за процессом разработки не позволяет представить объективную картину состояния процесса разработки в динамике. При регулировании процесса, как правило, возникают вопросы, на которые необходимо найти обоснованные ответы. Так, если в ходе процесса требуются изменения его показателей, то необходимо решить, какими методами и средствами их добиться с максимальной эффективностью. Особенно большие потери продукции связаны с внедрением неправильно принятых решений на стадии интенсивного обводнения. Проведение водоизоляционных ра-

4

бот оказывает положительный эффект на показатели процесса разработки. Регулирование процесса эксплуатации нефтяной залежи осуществляется изменением режима работы добывающих и нагнетательных скважин, переводом скважин из одной категории в другую, использованием резервного фонда, осуществлением мероприятий по изменению направления фильтрационных потоков, регулированием скорости фильтрации жидкости в пласте и т.д. Эти мероприятия направлены на увеличение охвата продуктивных пород воздействием рабочим агентом, обеспечение наиболее высоких темпов извлечения нефти и сокращение количества реагентов, применяемых в рамках выбранной технологии.

Анализ различных методов регулирования позволил сформировать основные цели и принципы регулирования процесса разработки залежей нефти.

По мнению академика А.П. Крылова, регулирование процесса разработки нефтяной залежи заключается в управлении движением флюидов в пласте, которое осуществляется в соответствии с запроектированной системой разработки путем постоянного совершенствования системы размещения эксплуатационных и нагнетательных скважин, установления оптимальных режимов их работы и условий эксплуатации скважинного и поверхностного нефтепромыслового оборудования с учетом изменения представлений о физикогеологических особенностях объекта эксплуатации, при использовании новейших научно-технических достижений с целью получения наилучших технико-экономических показателей процесса. Весьма важной проблемой для современного развития нефтедобывающей промышленности является ухудшение структуры запасов нефти. Значительную долю в структуре занимают трудноизвлекаемые запасы, выработка которых невозможна без применения новых высокоэффективных технологий повышения нефтеотдачи пластов. Так, структура запасов нефти месторождений Удмуртии с самого начала их разработки оказалась настолько сложной, что потребовалось искать пути совершенствования существующих методов извлечения нефти. В по-

5

следующем потребовалось создать принципиально новые высокоэффективные технологии повышения нефтеизвлечения. Наличие в регионе высокоразвитой промышленности, научных и производственных кадров позволило в ОАО «Умуртнефть» не допустить резкого падения добычи нефти. За счет внедрения перспективных методов интенсификации добычи нефти и повышения полноты ее извлечения были получены хорошие результаты даже в осложненных условиях разработки залежей в карбонатных коллекторах. Особую актуальность приобрели технологии с использованием горизонтальных скважин для разработки месторождений со сложным геологическим строением на поздней стадии разработки.

Следует особо отметить ученых и исследователей, публикации которых были использованы при изучении процессов извлечения нефти из залежей со сложным геологическим строением. Это ученые, теоретические и технологические разработки которых обеспечивают приоритет отечественных открытий в нефтяной науке: М.Л. Сургучев, К.Б. Аширов, В.Н. Щелкачев, Б.Т. Баишев, А.Г. Гобунов, Ю.П. Борисов, Б.Ф. Сазонов, Р.Х. Муслимов, М.А. Токарев, М.М. Саттаров, Б.М. Сучков, Р.Н. Дияшев, Ш.К. Гиматудинов, Г.Г. Вахитов и др.

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ МНОГОПЛАСТОВЫХ ОБЪЕКТОВ

Многопластовым считается объект разработки, в который объединяются несколько пластов одного месторождения или несколько залежей в различных продуктивных пластах. В эксплуатационный объект может входить либо один, либо несколько неоднородных пластов. Разница литолого-физических свойств пластов в большинстве случаев требует специальных мероприятий для выработки запасов нефти, контроля и регулирования процесса их разработки. Каждый эксплуатационный объект может состоять из двух и более продук-

6

тивных пластов. Примером таких объектов могут служить пласты карбона и девона Мухановского месторождения. Основной задачей эффективной разработки, невозможной без качественного контроля и регулирования процесса, является максимальное извлечение нефти из залежи. Успешное решение основной задачи обеспечивается путем анализа динамики обводнения объекта, оценки параметров пластов, входящих в объект разработки, контроля изменения пластового давления и показателей совместной разработки пластов, а также профилей притока и приемистости скважин. Необходимую информацию получают по результатам геолого-промысловых, геофизических, гидродинамических, гидрохимических и лабораторных исследований. Так, определение фактической величины работающей толщины пластов, входящих в объект, необходимо для оценки выработки запасов нефти, систем поддержания пластового давления, выбора метода регулирования процесса разработки. Гидродинамические исследования позволяют получить информацию о состоянии пласта. Для этих целей используют термоэлектрические, гидродинамические дебитомеры в комплексе с термометрией. Выделяются работающие интервалы и количественная характеристика по профилю пласта. Высокочувствительная термометрия позволяет качественно определить профиль притока и оценить эффективность вскрытия пласта перфорацией.

Комплекс промыслово-геофизических работ необходим для изучения неоднородности многопластовых объектов. Для прогнозирования выработки залежи, продвижения фронта закачиваемой воды, проектирования систем регулирования процесса разработки объекта требуется определение профиля приемистости в нагнетательных скважинах.

Глубинные расходомеры позволяют определить и сравнить охват пластов закачкой воды с притоком жидкости в добывающие скважины. Термометрия в нагнетательных скважинах дает возможность определить интервалы поглощения закачиваемой воды за пределами вскрытой толщины пласта. Проведение расходометрии на Самотлорском, Правдинском, Западно-Сургутском месторождениях при различных режимах закачки позволило регулировать процесс заводне-

7

ния по толщине пласта. Характер охлаждения пластов при закачке холодной воды определяется с помощью термометрии. К недостаткам проводимых работ следует отнести невозможность определения объема закачиваемой воды по пластам объекта, если они перекрыты насосно-компрессорными трубами. Определение зон поглощения в этом случае осуществляется с применением радиоактивных изотопов или краски [11,12,14,21,65].

Обводнение пластов в объектах разработки происходит за счет прорыва воды по наиболее проницаемым пропласткам за счет негерметичности колонн, подтягивания ВНК и т.д. Промысловогеофизические исследования по определению затрубной циркуляции воды, негерметичности колонн, величины подъема ВНК, а также местоположения фронта закачиваемой воды проводятся с помощью плотностномера, термометра, ИННК, локатора муфт, влагометрона. Термометрия позволяет контролировать обводнение объектов за счет закачиваемой воды. С помощью дебитомеров, замеряя на нескольких режимах забойные давления и дебиты, определяют пластовые давления для каждого пласта. По результатам гидродинамических исследований определяют фильтрационные характеристики пластов. По индикаторной диаграмме определяют коэффициент продуктивности, проницаемость, гидропроводность и пьезопроводность пластов. При обработке кривой восстановления давления получают среднее значение гидропроводности или проницаемости на различных расстояниях от скважины, коэффициент пьезопроводности и приведенный радиус скважины, а также пластовое давление и коэффициент продуктивности скважин. Анализ применения методов контроля и регулирования позволяет выделять основные параметры, без которых невозможна рациональная разработкау многопластовых объектов. Для осуществления совместной разработки нескольких пластов одного объекта необходимо иметь объективную характеристику по каждому пласту. Это возможно при наличии информации о макро- и микронеоднородности пластов, распределении проницаемости, гидропроводности, эффективных толщин, запасов нефти и ее свойств, величин работаю-

8

щих интервалов, соотношения площадей залежей в пределах внешних контуров нефтеносности.

Основным методом регулирования процесса разработки многопластового объекта является также регулирование отбором и индивидуальной закачкой рабочего агента по пластам. Дифференцированная закачка воды проводится через нагнетательные скважины, пробуренные на различные пласты. Для регулирования разработки участков залежи с различной неоднородностью закачивают водные растворы химических реагентов. Раздельная эксплуатация нескольких пластов одной скважинной осуществляется путем организации одновременнораздельной эксплуатации.

Рациональным способом разработки неоднородных пластов является двухстадийное разбуривание. На первой стадии бурятся добывающие и нагнетательные скважины по равномерной сетке, охватывая разработкой наиболее продуктивную часть залежи – это основной фонд скважин. Результаты бурения и эксплуатации этого фонда скважин, а также проведенные исследования дают необходимые сведения о неоднородности пластов и уточненные данные о расположении нефтенасыщенных зон залежи. Целью второй стадии разбуривания залежи является полный охват пласта разработкой для повышения коэффициента нефтеотдачи (КИН) за счет вовлечения ранее не работавших или плохо работающих зон. Такие скважины называются резервными. Они расширяют возможность активного регулирования процесса разработки. Что касается количества скважин, то резервный фонд может даже превышать основной. Все зависит от степени неоднородности пласта, плотности сетки основного фонда скважин, соотношения вязкости нефти и рабочего агента. Редкая сетка скважин характерна только для однородных пластов. При этом фонд резервных скважин сравнительно невелик. В случае же залежей с высокой неоднородностью коллектора плотность сетки скважин выбирается с учетом размера линз и нефтенасыщенных зон пласта. При этом необходимо, чтобы линзы вскрывались одной или двумя скважинами основного фонда. Изменение местоположения нагнетательных скважин

9

оказывает влияние на охват пласта воздействием. Изменение направления фильтрационных потоков воздействует на процесс вытеснения нефти и, в итоге, на конечный КИН. Конечная нефтеотдача таких залежей зависит от количества резервных скважин и их местоположения. Не только плотность сетки скважин, но и взаимное влияние добывающих и нагнетательных скважин сказывается на качестве регу-

лирования и КИН [35, 36, 37, 38, 12].

Однако уплотнение сетки скважин основного фонда ограничивается определенным пределом. К характеристикам, определяющим этот предел, относят неоднородность пласта по проницаемости, степень его прерывистости, вязкостную неустойчивость, техникоэкономические показатели рентабельности процесса. Такие технологические мероприятия, как организация очагового заводнения, «разрезание» залежи рядами нагнетательных скважин, перенос фронта нагнетания наиболее эффективны при высокой степени прерывистости пластов. При разбуривании месторождения по равномерной плотной начальной сетке скважин возможности регулирования процесса значительно уступают таковым при более редкой сетке скважин основного фонда.

В конечном счете, сочетание редкой сетки скважин с переносом фронта нагнетания обеспечивает увеличение охвата залежи воздействием за счет вовлечения в процесс фильтрации линз, тупиковых и застойных нефтенасыщенных зон. При разбуривании залежи в две стадии требуется значительно меньше скважин, чем в одностадийном варианте.

Эффективность двухстадийного разбуривания зависит от последовательности организации процесса разработки. После разбуривания первоначальной сетки скважин основного фонда, проведения комплекса необходимых геофизических, гидродинамических исследований, а также анализа процесса разработки залежи определяют местоположение и количество резервных скважин. По назначению, месту и времени бурения резервные скважины делят на три категории. Скважины первой категории обеспечивают увеличение охвата процессом разработки наиболее продуктивных зон залежи. Для вовлечения в

10