27. Обоснование безводного режима работы горизонтальных скважин. Преимущество горизонтальных скважин над вертикальными с позиции их возможного обводнения.

Основная задача обоснования режима эксплуатации горизонталь­ных газовых скважин при наличии подошвенной воды заключается в установлении величины допустимой депрессии на пласт на основе геолого-промысловых характеристик продуктивного пласта.

Таким образом, при вскрытии полосообразной залежи с подошвен­ной водой горизонтальной скважиной изменение в процессе разра­ботки пластового давления, толщины газоносного пласта, депрессии на пласт, свойств газа и параметров пласта приводит к существенному изменению ее предельного безводного дебита. Установлено, что наи­лучшим расположением горизонтального ствола может являться его нахождение у кровли, что связанно с близостью подошвенной воды при небольших толщинах пласта, так как именно в этом случае дос­тигается максимальный безводный дебит. Влияние подошвенной воды учитывается путем введения ограничения на депрессию и учета фор­мы границы раздела газ—вода. Увеличение же длины горизонтального ствола при вышеуказанном расположении также приводит к увеличе­нию максимального безводного дебита.

Из имеющихся работ по определению предельных безводных де­битов горизонтальных газовых и газоконденсатных скважин видно, что они получены для однородных изотропных и анизотропных плас­тов. В реальных условиях однородных пластов практически нет. В связи с этим возникает необходимость создания и использования трехмер­ной геолого-математической модели для возможности определения безводного дебита в неоднородных пластах при совокупном влиянии геологических и технологических факторов на режим работы горизон­тальной газовой скважины.

В работе [11] было показано, что при вскрытии газоносного пласта с подошвенной водой производительность вертикальной скважины зависит от степени вскрытия пласта и от расстояния от забоя скважи­ны до газоводяного контакта. Естественно, что чем меньше степень вскрытия, тем большее влияние несовершенство скважины оказывает на ее производительность, и, одновременно, тем больше возможность увеличения депрессии на пласт, подстилаемый подошвенной водой.

Для вертикальной скважины несовершенство по степени вскрытия пласта определяется как отношение вскрытой толщины пласта ко всей его толщине. В горизонтальной скважине, несо­вершенство по степени вскрытия полосообразного пласта определяется как отношение вскрытой горизонтальным стволом части ширины плас­та ко всей его ширине. Поэтому для горизонтальных скважин несовершенство вскры­тия пласта по площади не влияет на величину допустимой депрессии на пласт при наличии подошвенной воды. Величина допустимой деп­рессии на пласт с подошвенной водой при его вскрытии горизонталь­ной скважиной определяется расположением горизонтального ствола по отношению к контакту газ—вода. Отсутствие взаимосвязи между степенью вскрытия и величиной допустимой депрессии при вскрытии пласта с подошвенной водой горизонтальной скважиной является од­ним из основных преимуществ таких скважин. Это обстоятельство по­зволяет свести к минимуму возможность обводнения скважины подо­швенной водой путем увеличения степени вскрытия пласта (длины го­ризонтального ствола), перемещения ствола к кровле, регулирования величины депрессии, и, таким образом, повысить коэффициент газоотдачи пласта и надежность эксплуатации скважины.

Для определения предельного безводного дебита горизонтальной скважины допустим, что потери давления в горизонтальном стволе не­значительны и ими можно пренебречь. Рассмотрим задачу о притоке газа к горизонтальной скважине, полностью вскрывшей полосообраз­ный пласт с подошвенной водой, при нелинейном законе фильтрации, в условиях стационарного конуса воды. Схема задачи показана на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема вскрытия пласта горизонтальной скважиной и образование конуса подошвенной волы

Допустим, что граница раздела газ-вода вблизи горизонтального ствола имеет форму параболы. Тогда дебит горизонтальной скважины, вскрывшей на произвольном расстоянии от кровли анизотропный по­лосообразный пласт, будет определяться следующей формулой:

где фильтрационные коэффициенты а_i и b_i. определяются по формуле (4.41), а если скважина расположена у кровли пласта, то по формулам (4.48) и (4.51).

Величина Р²_пл – Р_з² должна быть ограничена с целью предотвраще­ния быстрого обводнения скважины и, согласно [11], принимается в соответствии с законом Паскаля в виде

Таким образом, при вскрытии полосообразного анизотропного пла­ста с подошвенной водой горизонтальной скважиной, расположенной на произвольном расстоянии от кровли пласта, и пренебрежением потерями давления на трение при движении газа по горизонтальному стволу предельный безводный дебит Q_п6 будет определяться следую­щей формулой:

где значения а_i и b_i. определяются по формулам (4.41), (4.48) и (4.51), а ∆Р — по формуле (7.17).

Результаты расчета предельного безводного дебита Q_пб показаны на рис. 7.2. Как видно из рисунка, наилучшее расположение горизон­тального ствола зависит от толщины пласта. При малой толщине пла­ста оптимальным является его нахождение непосредственно у кровли

Рис. 7.2. Зависимость предельно безводных дебитов от удаления горизонтального ствола от поверхности ГВК при различной толщине пласта А

пласта, а с увеличением толщины расположение смещается ближе к центру, так как именно в этом случае достигается максимальный без­водный дебит.

Полученные результаты показывают, что максимальная величина безводного дебита может достигаться не на наибольшем удалении от ГВК, а в некоторой промежуточной точке. Такой характер связан с увеличением коэффициентов фильтрационного сопротивления а и b при приближении оси горизонтального ствола к кровле продуктив­ного пласта.

2. Безводный дебит горизонтальной нефтяной скважины может быть определен по формуле:

Основным преимуществом горизонтальных скважин перед вертикальными является возможность регулирования подъема конуса подошвенной воды путем периодического изменения конструкции фонтанных труб, спущенных в горизонтальную часть ствола.

В заключение необходимо отметить, что принятый способ расчета величины допустимой депрессии на пласт, исходя из закона Паскаля, был использован многими исследователями для определения безвод­ного дебита нефтяных скважин. Такое допущение по отношению к величине депрессии предполагает отсутствие сопротивления пористой среды в вертикальном направлении для конуса воды. Допущение фор­мы границы раздела фаз газ-вода в виде параболы вблизи горизон­тального ствола было использовано ранее, где показано, что принятый способ расчета величины допустимой депрессии и форма границы раздела фаз газ—вода не искажают физическую картину процесса филь­трации газа к скважине, и полученные расчетные формулы с доста­точной для практики точностью позволяют определить предельный безводный дебит скважин.