Лекции Сумин А Н 5

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Рис.51. Схема непоршневого вытеснения нефти водой из прямолинейного пласта: 1 - нефть; 2 - вода

Согласно рис.51 и приведенным в предыдущем разделе формулам, имеем следующее выражение для суммарной скорости фильтрации нефти и воды в пласте:

При этом для простоты будем полагать в данном параграфе, что объем закачанной в пласт воды Vвз qt . Поскольку

Учитывая, что d f s ds , получим из (5.82), заменяя частные производные обыкновенными,

или

118

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Будем считать, что фазовая проницаемость для нефти в этой области равна абсолютной. Тогда для полного перепада давления p в прямолинейном пласте получим следующее выражение:

приведенной в предыдущей лекции. Интеграл от функции водонасыщенности

s можно вычислить численным путем с использованием ЭВМ. При этом входящую функцию s и вторую производную функции f s можно найти путем численного дифференцирования.

В радиальном случае на основе соответствующих формул предыдущей лекции имеем

или

119

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Величины sв и rв определяем по соответствующим формулам предыдущей лекции.

При решении плоских задач вытеснения нефти водой численными методами на ЭВМ поле пластового давления вычисляют одновременно с полем водонасыщенности и нефтенасыщенности.

На практике бывает важно определить перепады забойного давления между нагнетательными и добывающими скважинами не во все периоды, а в определенные моменты разработки, например в начальный ее период, когда в пласте движется одна практически не обводненная нефть, или в некоторые моменты после начала обводнения добываемой из пласта продукции.

Практически важно приближенно определить перепады давлений. Поэтому при таких расчетах можно использовать метод эквивалентных фильтрационных сопротивлений.

Рассчитаем распределение пластового давления при трехрядной схеме расположения скважин по методу эквивалентных фильтрационных сопротивлений. Для простоты возьмем однородный пласт и допустим, что происходит поршневое вытеснение из него нефти водой.

Рассмотрим тот случай, когда процесс заводнения только начался и нефть вытеснена лишь из области rc r rв вокруг нагнетательной скважины радиусом rc (рис.52).

120

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Рис.52. Схема части полосы трехрядной системы разработки:

1 и 3 - соответственно первый и второй ряд добывающих скважин;

2 - ряд нагнетательных скважин.

Будем считать, что в часть полосы разработки, содержащей три ряда добывающих скважин, заключенных между рядами нагнетательных, закачивается вода с расходом q . Длина рассматриваемой части полосы равна L . Таким образом, если взять правый ряд нагнетательных скважин (см. рис.52), то влево от него т.е. в рассматриваемую полосу будет поступать вода с расходом, равным q2 . Остальная часть воды будет уходить в соседнюю полосу, которая должна находиться справа. Так как режим разработки пласта считается водонапорным,

объемный расход воды равен объемному дебиту нефти в пластовых условиях.

Дебит первого ряда добывающих скважин рассматриваемой части полосы равен q1 , а дебит второго (центрального) ряда скважин q2 . Поскольку в центральный ряд скважин поступает нефть также слева, то имеем следующее соотношение баланса жидкости в пласте:

Согласно методу эквивалентных фильтрационных сопротивлений, с учетом того, что rв , имеем в соответствии с рис.52.

q в ln rв pн pв rc ;

2nн kkвh

121

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

первом и втором рядах. Остальные обозначения указаны на рис.52 или соответствуют принятым ранее. Если сложить первые четыре из соотношений

(5.90), то получим следующую формулу

Сложим последние три соотношения формул (5.90). В результате получим

Как известно, при расчетах процессов разработки нефтяных месторождений заданы:

1)дебиты скважин, необходимо найти перепады давления между забоями нагнетательных и добывающих скважин;

2)перепады давлений, необходимо найти дебиты рядов скважин.

122

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В первом случае следует использовать формулы (5.91) и (5.92), во втором необходимо решать систему из следующих трех линейных алгебраических уравнений:

Aq Bq1 pн pc1;

н ln

B rc ;

2nc1 kkнh

Решая эту систему уравнений, получим

Аналогичным образом решают соответствующие задачи в случае пятирядной

идругих схем расположения скважин.

5.5.ОПЫТ И ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАВОДНЕНИЯ

Промышленное применение заводнения нефтяных пластов в СССР было начато в 1948 г. при разработке девонских горизонтов Туймазинского нефтяного месторождения. К этому времени уже были известны опыты закачки воды в нефтяные пласты с целью пополнения пластовой энергии, проводившиеся в различных странах.

123

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

При разработке нефтяных месторождений в СССР с применением заводнения вначале использовали законтурное заводнение. При этом нагнетательные скважины бурили за внешним контуром нефтеносности, вдоль него. Добывающие скважины располагали также вдоль контура нефтеносности.

Линии расположения нагнетательных скважин были удалены от первых рядов добывающих скважин на 1 - 6 км.

Законтурное заводнение применяли на месторождениях, продуктивные пласты которых были сложены в основном песчаниками и алевролитами с проницаемостью 0,3 - 1,0 мкм2. Вязкость нефти в пластовых условиях заводняемых месторождений составляла - (1 - 5) 10-3 Па с.

Законтурное заводнение осуществлялось часто не с самого начала разработки месторождений, а спустя некоторое время, в течение которого происходило падение пластового давления. Тем не менее, закачка воды в законтурную область пласта позволяла в течение одного-двух лет настолько восполнить запас пластовой энергии, что оно стабилизировалось.

Использование заводнения нефтяных пластов привело вначале к возникновению технологической трудности, связанной с низкой приемистостью нагнетательных скважин. Пласты, которые, согласно формуле Дюпюи, должны были при используемых перепадах давления поглощать запроектированные расходы воды, практически не принимали воду. Широкое применение методов воздействия на призабойную зону скважин, таких, как гидравлический разрыв пласта и кислотные обработки, и главным образом, использование повышенных давлений нагнетания привели к существенному увеличению приемистости нагнетательных скважин и, по сути дела, к решению проблемы их освоения.

Опыт разработки нефтяных месторождений с применением законтурного заводнения привел к следующим основным выводам.

1.Законтурное заводнение позволяет не только поддерживать пластовое давление на первоначальном уровне, но и превышать его.

2.Использование законтурного заводнения дает возможность обеспечивать доведение максимального темпа разработки месторождений до 5-7% от

начальных извлекаемых запасов, применять системы разработки с параметром

124

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

плотности сетки скважин (20 - 60) 104 м2/скв при довольно высокой конечной нефтеотдаче, достигающей 0,50 - 0,55 в сравнительно однородных пластах, и при вязкости нефти в пластовых условиях порядка (1 - 5) 10-3 Па с.

3.При разработке крупных по площади месторождений с числом рядов добывающих скважин больше пяти законтурное заводнение оказывает слабое воздействие на центральные части, в результате чего добыча нефти из этих частей оказывается низкой. Это ведет к тому, что темп разработки крупных месторождений в целом не может быть достаточно высоким при законтурном заводнении.

4.Законтурное заводнение не позволяет воздействовать на отдельные локальные участки пласта с целью ускорения извлечения из них нефти,

выравнивания пластового давления в различных пластах и пропластках и т.д.

5. При законтурном заводнении довольно значительная часть воды,

закачиваемой в пласт, уходит в водоносную область, находящуюся за контуром нефтеносности, не вытесняя нефть из пласта.

Указанные выводы о результатах законтурного заводнения нефтяных пластов вызвали дальнейшее усовершенствование разработки нефтяных месторождений и привели к целесообразности использования внутриконтурного заводнения,

особенно крупных месторождений, с разрезанием пластов рядами нагнетательных скважин на отдельные площади или блоки.

Дальнейшие исследования и опыт разработки показали, что наиболее целесообразно разрезание разрабатываемых пластов рядами нагнетательных скважин на отдельные блоки таким образом, чтобы между рядами нагнетательных скважин в блоке (полосе) находилось не более пяти рядов добывающих скважин.

Так возникла современная разновидность рядных систем - блоковые системы разработки нефтяных месторождений: однорядная, трехрядная и пятирядная. Эти системы впервые стали применять на месторождениях Куйбышевской области.

Использование систем разработки с внутриконтурным разрезанием позволило в 2 - 2,5 раза увеличить темпы разработки по сравнению с законтурным заводнением, существенно улучшить технико-экономические показатели

125

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

разработки. Блоковые рядные системы нашли большое применение при разработке нефтяных месторождений во многих нефтедобывающих районах, и

особенно в Западной Сибири.

В дальнейшем, в основном с целью расположения резервных скважин,

интенсификации и регулирования разработки месторождений, стали применять схемы очагового и избирательного заводнения, при использовании которых нагнетательные и добывающие скважины располагают не в соответствии с принятой упорядоченной системой разработки, а на отдельных участках пластов.

Очаговое и избирательное заводнение стали впервые применять на нефтяных месторождениях Татарии. Заводнение нефтяных пластов с его разновидностями в настоящее время - главный метод воздействия на нефтяные пласты с целью извлечения из них нефти. Это главенствующее положение метод заводнения сохранит, видимо, не только в ХХ, но и в начале XXI в.

Обширные фактические данные по разработке нефтяных месторождений с применением заводнения во многих случаях подтверждают с той или иной степенью точности теоретические результаты, получаемые на основе моделей поршневого и непоршневого вытеснения нефти водой из однородного, слоисто -

неоднородного, а также трещиноватого и трещиновато-пористого пластов, если модель соответствует реальному пласту. Фактическое изменение пластового давления, добыча нефти и жидкости, зависимость текущей обводненности от нефтеотдачи согласуются с расчетными. Однако проблема правильного выбора модели, наиболее точно отражающей главные особенности разработки пласта,

еще далека от своего полного разрешения. Модели разработки пластов, наиболее соответствующие действительности, могут быть построены лишь на основе тщательного изучения и учета свойств пласта и сопоставления результатов расчета процесса разработки пласта с фактическими данными. В последние годы в связи с ростом вычислительных возможностей ЭВМ получают большее развитие детерминированные модели пластов и процессов разработки. Их использование приводит к необходимости решения двумерных и трехмерных задач многофазной многокомпонентной фильтрации.

126

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Богатый и весьма многообразный опыт применения заводнения в СССР

позволил не только вполне определенно выявить его технологические возможности, но и сформулировать проблемы, связанные с этим методом воздействия на пласты.

Первая проблема заводнения возникла еще на стадии его лабораторных экспериментальных исследований. Затем теоретические исследования и анализ разработки нефтяных месторождений с различной вязкостью пластовой нефти показали, что с увеличением отношения вязкостей нефти и воды в пластовых условиях 0 н в текущая нефтеотдача при одном и том же отношении объема закачанной в пласт воды Q к объему пор пласта Vп снижается. Если,

например, за условную конечную нефтеотдачу принять нефтеотдачу при прокачке через пласт трех объемов пор пласта, т.е. объема воды, равного 3Vп , то в среднем при 0 1 5 можно получить конечный коэффициент вытеснения порядка 0,6 -

0,7 для пород-коллекторов нефти с проницаемостью 0,3 - 1,0 мкм2.

Если же заводнение применяют на нефтяном месторождении с вязкостью нефти в пластовых условиях порядка (20-50) 10-3 Па с, то конечный коэффициент вытеснения снижается до 0,35-0,4 в результате усиления неустойчивости процесса вытеснения нефти водой.

Лабораторные экспериментальные исследования вытеснения нефти водой,

проводимые на моделях пластов, показывают, что при 0 1 5 линия контакта нефть - вода изгибается сравнительно мало (рис.53), но при 0 20 30 она сильно деформируется (рис.54). При этом вода, вытесняющая нефть,

Рис.53. Схема движения водонефтяного контакта в пласте при 0 = (1 - 5) 10-3 Па с: 1 - область, занятая водой н остаточной нефтью;

2 - водонефтяной контакт; 3 - область, занятая нефтью

127