3.6. Смешанный режим

Такой режим обусловлен одновременным проявлением энергий упругости, напора воды и растворенного газа. В основном он проявляется при отборе нефти нефтегазовых и нефтегазоконденсатных залежей с водонапорной областью. Особенность такого сложного режима – двухстороннее воздействие на нефтенасыщенную область одновременно энергий расширения свободного газа газовой шапки (перемещение ГНК) и упругой (напорной) энергии подошвенной воды (перемещение ВНК). Нефтяная залежь условно делится на зону, разрабатываемую при газонапорном режиме, и зону, разрабатываемую при водонапорном режиме.

4. Классификация и характеристика систем разработки месторождений

4.1. Выделение эксплуатационных объектов

Залежи углеводородов, входящие в месторождение, обычно находятся в пластах с различными геолого-физическими свойствами. Во многих случаях нефтегазоносные пласты разделены толщами непроницаемых пород или находятся на отдельных участках месторождения.

В объект разработки может быть включен один, несколько или все пласты месторождения.

При наличии в разрезе месторождения одного продуктивного пласта он является единственным объектом разработки. Необходимо подчеркнуть, что сама природа не создает объект разработки – его выделяют специалисты, осваивающие месторождение.

Эксплуатационный объект (ЭО) – это искусственно выделенное в пределах разрабатываемого месторождения геологическое образование (пласт, совокупность пластов, массив, структура) с промышленными запасами углеводородов, извлечение которых из недр осуществляется при помощи определенной группы скважин или других горно-технологических систем. На первый взгляд кажется, что объединение нескольких пластов в один ЭО экономически выгодно, поскольку потребуется меньше скважин для разработки месторождения в целом. Однако укрупнение ЭО ограничивается возможностью контроля (и управления) процессов, протекающих в разрабатываемых залежах, что приводит к большим потерям нефти в недрах.

При решении проблемы раздельной или совместной разработки ЭО многопластовых месторождений необходимо учитывать «потери» в дебитах скважин при совместной эксплуатации.

В большинстве случаев дебит скважин q, осуществляющих совместную разработку m > 1 пластов, оказывается меньше суммы дебитов скважин, каждая из которых эксплуатирует только один из m пластов:

q < q₁ + q₂ + … + q_m.

Эксплуатационный объект выделяют на основе геологического, технологического и экономического анализа в период проектирования, при этом необходимо учитывать следующие основные факторы:

 физические свойства пород коллектора, нефти и газа;

 физико-химические свойства нефти и газа;

 фазовое состояние углеводородов и режим пластов;

 условия управления процессами разработки;

 технологию и технику эксплуатации скважин.

Пласты, существенно отличающиеся по проницаемости эффективной толщи и неоднородности, во многих случаях нецелесообразно выделять в один ЭО, так как они могут значительно отличаться по продуктивности, способам эксплуатации скважин, скорости выработанности запасов и изменению обводненности продукции. Для различной по площади неоднородности могут быть выбраны разные сетки скважин.

Пласты с различной вязкостью нефти также обычно нецелесообразно выделять в один ЭО, так как для их разработки могут быть применены разные технологии извлечения нефти из недр и плотность сетки скважин. Причиной невозможности совместной разработки пластов как одного ЭО может быть резкое различие в содержании парафина, серы, сероводорода, ценных компонентов углеводородов и других полезных ископаемых.

Пласты, отличающиеся по фазовому состоянию углеводородов, наличию газовой шапки или режимам, в ряде случаев нецелесообразно объединять в один ЭО, так как потребуются различные схемы расположения и число скважин, а также технологии извлечения нефти и газа.

Чем большее число пластов и пропластков включается в один ЭО, тем труднее осуществлять раздельное воздействие и контроль за перемещением нефти и вытесняющего ее агента, выработанностью запасов в отдельных пластах, что ведет к уменьшению нефтеотдачи.

По технической причине укрупнение объектов может оказаться невозможным, если дебиты жидкости из группы пластов будут превышать производительность технических средств эксплуатации скважин.

Если эти условия не препятствуют совмещению пластов в один ЭО, то проводят гидродинамические расчеты по определению технологических показателей с учетом способа регулирования баланса пластовой энергии, контроля и регулирования процесса разработки, а также технических средств добычи нефти. При этом необходимо учитывать, что укрупнение ЭО ограничивается двумя геолого-гидродинамическими факторами:

1) при существенных различиях приведенных давлений на контурах зон дренирования в разных пластах их совместная разработка одной добывающей скважиной может привести к поглощению низконапорным пластом нефти, поступающей в скважину из более высоконапорных пластов;

2) чем больше пластов с разными значениями гидропроводности (Е = kh/) объединено в один ЭО, тем больше их различия по выработанности и период безводной эксплуатации даже в равнонапорных условиях.

Основным природно обусловленным критерием укрупнения ЭО является параметр  – отношение плотности промышленных запасов в пласте М_з к его гидропроводности Е:

, (4.1)

где k – коэффициент продуктивности; h – мощность пласта.

В формуле (4.1) характеристиками «состояния природы» являются аргументы М_з, k и h. Аргумент  относят к характеристике «состояния природы» условно, поскольку вязкость можно изменять воздействием или применять раздельную закачку в пласты укрупненного ЭО. Это изменяет соотношение вязкостей нефти и вытесняющего агента и тем самым выравнивает темпы отработки и обводненность совместно эксплуатируемых пластов.

Включение пластов в один ЭО разработки можно осуществлять при некотором различии параметра , если в ходе разработки управлять или регулировать динамику изменения . Условием разработки одной добывающей скважиной совместно m пластов является приближенное равенство регулируемых параметров :

. (4.2)

Равномерная отработка всех пластов, входящих в один ЭО, обеспечивается, если процессом регулирования (управления) достигается равенство отношений остаточных запасов подвижной нефти в пласте в момент времени t к порциальному дебиту пластов q:

(4.3)

Парциальные дебиты прямо пропорциональны депрессиям р и обратно пропорциональны эквивалентным фильтрационным сопротивлениям зон дренирования r_ф = 1/k, т.е.  = p_i(t)/r_ф(t). Тогда параметр можно представить в функции регулируемых аргументов:

. (4.4)

В формуле (4.4) аргументом, отражающим «состояние природы», является – остаточные запасы подвижной нефти в зоне пласта i в момент времени t. Однако этот аргумент не может абсолютно отражать «состояние природы», поскольку в процессе разработки доля геологических запасов нефти, приходящихся на подвижные запасы, может быть повышена за счет применения и подбора новых вытесняющих агентов.

Аргумент р_i(t) в большей степени отражает состояние природы при разработке нефтяных месторождений на естественных режимах. Искусственное восполнение пластовой энергии (ППД) превращает р_i(t) в управляемый параметр, несмотря на то, что пределы его вариации могут ограничиваться и «природными условиями».

Аргумент r_фi(t) частично характеризует «состояние природы», так как эквивалентные фильтрационные сопротивления зависят от гидродинамического совершенства скважины, ее конструкции и диаметра. Фильтрационные сопротивления можно искусственно варьировать, увеличивая их за счет установки против пласта фильтра с повышенным гидравлическим сопротивлением, штуцера меньшего диаметра, кольматацией части прискважинной зоны или уменьшая за счет увеличения проницаемости пород ПЗП различными видами обработки, гидроразрывом пласта, а также бурением дополнительных боковых стволов.

Значения эквивалентных фильтрационных сопротивлений можно искусственно варьировать, добиваясь положительного или отрицательного значения показателя S_i(t). Тогда критерий допустимости объединения нескольких пластов в один ЭО с учетом управления процессом совместной разработки одной скважиной должен характеризоваться одинаковыми значениями :

. (4.5)

Группирование ЭО необходимо осуществлять на основе геологических данных с учетом различных технологических приемов и технических средств управления процессом совместной разработки с применением дифференцированного регулирования и выравнивания темпов отработки эксплуатируемых пластов в соответствии с начальными и остаточными запасами подвижной нефти. Если технологические приемы и технические средства управления разработкой не использовать, то дифференцированное регулирование работы пластов ЭО становится невозможным. В такой ситуации все аргументы, входящие в правую часть уравнения (4.1), характеризуют состояние природы и в один ЭО можно включать пласты с очень близкими значениями показателя .

Система разработки характеризует форму организации движения нефти в пластах к добывающим скважинам. Она включает: сетку размещения скважин на объектах, темп и порядок ввода скважин в эксплуатацию, способы регулирования баланса и использования пластовой энергии, порядок ввода эксплуатационных объектов многопластовых залежей в разработку.

Для осуществления процесса необходимо обосновывать и выбирать не только систему, но и технологию разработки, которая включает совокупность способов, применяемых для извлечения нефти из недр. Технология разработки не входит в определение понятия системы разработки. При одних и тех же системах можно использовать разные технологии и наоборот.

Системы разработки залежей классифицируют в зависимости от размещений скважин и вида энергии (природной, искусственной), используемой для притока жидкости к добывающим скважинам. Оптимальный вариант должен обеспечивать максимальный объем отбора нефти из пласта минимальным числом скважин за кратчайший период времени.

Число скважин, их взаимное расположение, плотность и порядок ввода в эксплуатацию зависят от целого ряда факторов, среди которых можно выделить:

 тип залежи и условия залегания нефти;

 запасы нефти и газа в пласте;

 свойства пласта и насыщающих его флюидов;

 местоположение залежи;

 экономическую ситуацию и т.д.

Плотность сетки характеризует отношения площади нефтеносности к числу размещенных на ней скважин, независимо от того, являются они добывающими или нагнетательными. Проблема оптимизации плотности сетки скважин, обеспечивающей наиболее эффективную разработку месторождений, остается самой актуальной на всех этапах разработки нефтяной залежи.