Повышение эффективности выработки трудноизвлекаемых запасов при заводнении пластов на поздней стадии разработки

Анализ состояния разработки нефтяных месторождений России показывает, что большинство из них разрабатывается при поддержании пластового давления путем закачки агента (преимущественно, воды) в пласт. В зависимости от геолого-физических условий залегания продуктивных пластов применяются различные способы законтурного и внутриконтурного заводнения. Наибольшее развитие получили системы внутриконтурного заводнения, применение которых позволило сократить сроки освоения и эксплуатации крупных месторождений, увеличить текущую и конечную нефтеотдачу продуктивных пластов.

На месторождениях Урало-Поволжья, Западной Сибири, Северного Кавказа и других регионов России применяются различные модификации внутриконтурного заводнения, например, линейное, блоковое, площадное, избирательное.

В ходе разработки крупных месторождений происходит совершенствование систем заводнения с целью повышения интенсивности системы разработки и увеличения охвата запасов процессом вытеснения нефти закачиваемым агентом. Например, на Ромашкинском месторождении был осуществлен переход от многорядных широких полос линейного заводнения к более узким оптимальных размеров полосам, а на центральных площадях — к блоковым системам с бурением дополнительных поперечных рядов. На краевых площадях, где основные запасы нефти сосредоточены в зонально-неоднородных прерывистых пластах, была внедрена избирательная система заводнения.

Переход на центральных площадях к блоковой системе заводнения способствовал дальнейшему развитию циклического заводнения в сочетании с методом изменения направления фильтрационных потоков. Для вовлечения в активную разработку запасов нефти тупиковых зон и линзовидных пластов широко применяют очаговое заводнение, а для интенсификации процесса разработки отдельных участков осуществляется перенос нагнетания в обводнившиеся скважины добывающих рядов.

К моменту наступления завершающей стадии разработки месторождения система заводнения полностью сформирована, возможности по дальнейшему наращиванию интенсивности системы разработки, в основном, исчерпаны. Отобраны основные извлекаемые запасы нефти.

Вместе с тем, анализ состояния разработки большинства крупных месторождений, вступивших в позднюю стадию, показал, что существующей системой разработки вовлечены не все запасы нефти, а построение и изучение карт остаточных извлекаемых запасов нефти залежей позволяют сделать вывод о неравномерности охвата запасов системой заводнения, о наличии зон остаточных запасов, не испытывающих или слабо испытывающих влияние закачки воды в пласт.

Переход на циклическую закачку в сочетании со сменой направления фильтрационных потоков повышает эффективность систем заводнения в поздней стадии, однако длительное применение одной и той же технологии нестационарных процессов снижает ее эффект до нуля.

Дальнейшее совершенствование системы разработки в завершающей стадии должно быть направлено на усиление системы заводнения на участках с более высокими остаточными запасами нефти и на применение новых технологий нестационарных процессов. При этом осуществляется избирательный способ довыработки остаточных запасов, вплоть до подбора технологий воздействия на пласт для отдельных групп нагнетательных и добывающих скважин.

В то же время, применение наиболее эффективных из существующих технологий по повышению нефтеотдачи пластов в завершающей стадии (уплотнение сетки скважин, внедрение нормированной системы заводнения, повышение нефтевытесняющей способности закачиваемого в пласт агента и др.) сдерживается их высокой стоимостью. Поэтому на поздней стадии разработки, при применении того или иного вида технологий и технических средств, следует руководствоваться тем, что объем финансов от реализованной дополнительно добытой нефти всегда должен быть больше затратной части.

Таким образом, в настоящее время для месторождений, вступивших в завершающую стадию разработки, актуальным являются поиск и использование нетрадиционных технологий вытеснения остаточных извлекаемых запасов нефти. Существующие технологии и технические средства отстают от современных требований по поддержанию уровня добычи нефти из слабопроницаемых и малопродуктивных коллекторов. В то же время, отсутствие финансовых ресурсов на создание эффективных разукрупненных систем разработки слабопроницаемых коллекторов приводит к консервации запасов нефти и ухудшению структуры запасов.

Наиболее приемлемым на завершающем этапе разработки может быть развитие работ с использованием существующего фонда скважин за счет применения комбинированных технологий в сочетании гидродинамических и физико-химических методов увеличения нефтеотдачи пластов. Хорошо известно, что в условиях интенсивного отбора нефти, когда основные запасы месторождения уже извлечены с применением в качестве нефтевытесняющего агента воды, в застойных зонах и недренируемых интервалах продуктивного пласта, не охваченных воздействием вытесняющих агентов, формируются остаточные запасы нефти (например, см. рисунок 1). При этом достаточно однородное ранее поле нефтенасыщенности становится крайне неоднородным. Состав и свойства вытесняемой и остаточной нефти близки друг другу и практически мало различаются, а образование целиков обусловлено, главным образом, зональной и послойной неоднородностью коллектора продуктивного пласта, что вызывает прерывание общей гидродинамической связи в зонах отбора и нагнетания. При заводнении таких залежей в участках с повышенной проницаемостью возникают фильтрационные коридоры, по которым продвигается фронт вытеснения от нагнетательной скважины к добывающим. При этом низкопроницаемые зоны оказываются отсеченными от воздействия вытеснения. Запасы нефти с высокой остаточной нефтенасыщенностью сосредоточены в низкопроницаемых интервалах (пропластках), что обусловлено проницаемостной неоднородностью по разрезу как по горизонтали, так и по вертикали. Все это приводит к необходимости индивидуального изучения особенностей нефтенасыщенных участков и выработке конкретных, связанных с особенностями данного участка, решений.

Решение проблемы доизвлечения остаточной нефти сводится к оптимизации системы разработки, наиболее эффективными мероприятиями для которой являются:

— уплотнение сетки скважин;

— выбор эффективного вытесняющего агента с необходимыми параметрами;

— изменение системы заводнения путем смены фильтрационных потоков, циклического и барьерного заводнения;

— бурения и ввода горизонтальных скважин, с целью регулирования зон дренирования из целиков и не вырабатываемых зон;

— ограничение отбора воды и отключение обводнившихся пропластков.

Указанные мероприятия следует считать как определяющие, разновидности которых могут изменяться в широких пределах, в частности с использованием физико-химических методов воздействия на пласт.

Таким образом, в условиях ограниченного финансирования наиболее актуальным является развитие работ по повышению нефтеотдачи с использованием существующего фонда скважин за счет применения гидродинамических и физико-химических методов увеличения нефтеотдачи пластов.

Разработка новых и совершенствование существующих технологий с использованием гидродинамических и физико-химических методов увеличения нефтеотдачи пластов должны опираться на тщательный анализ процессов, происходящих в реальных пластах.

Фрагмент карты остаточных нефтенасыщенных толщин пласта Д1 -А Абдрахмановской площади.

Рисунок 1. в районе КНС-139.

Изучение фильтрации жидкости при изменениях давления в пространственно неоднородных пластах связано с решением целого комплекса задач по рассмотрению совместного влияния гидродинамических, упругих и капиллярных сил в неоднородных коллекторах при различных системах заводнения. Математическое моделирование процессов, возникающих в пластах при упругом воздействии, достаточно сложная задача. Поэтому, как правило, для получения качественных результатов по оценке эффективности упругого воздействия на пласты рассматривалось решение задачи с использованием вместо скважин нагнетательной и эксплуатационной галерей.

Таким образом, в настоящее время становится актуальной задача исследования упругого воздействия на многопластовые неоднородные коллектора со стороны одиночных добывающих и нагнетательных скважин и использовании этого воздействия с целью повышения нефтеотдачи пластов и понижения обводненности добываемой продукции.

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию процессов фильтрации жидкости в многопластовых пространственно неоднородных системах и созданию новой технологии эксплуатации скважин, позволяющей увеличить нефтеотдачу пластов за счет использования упругих сил пластов.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В настоящее время большинство нефтяных месторождений Урало-Поволжья и Западной Сибири (Ромашкинское, Ново-Елховское, Арланское, Туймазинское, Шкаповское, Мамонтовское, Самотлорское, Усть-Балыкское) вступило в позднюю стадию разработки и характеризуется значительными объемами закачки и отбора воды. Интенсивная выработка запасов нефти из неоднородных по коллекторским свойствам продуктивных горизонтов этих месторождений, разрабатываемых с применением активной системы заводнения, привела к опережающему отбору нефти из высокопроницаемых коллекторов и, как следствие, ухудшению структуры запасов нефти в сторону резкого увеличения доли трудноизвлекаемых. Этому также способствовали характерные для перечисленных месторождений значительная расчлененность нефтенасыщенных коллекторов, их прерывистость и неоднородность, которые явились основными причинами неравномерной выработки запасов.

Главное направление повышения нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки месторождения нефти — это дальнейшее развитие гидродинамических методов воздействия на пласты. Так как уплотнение сетки скважин за счет ввода в эксплуатацию новых скважин является крайне дорогим на сегодня мероприятием, актуальным становится создание новых методов упругого воздействия на пласты, позволяющие повысить нефтеотдачу как существующим фондом, так и вводом новых скважин.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание новых технологий упругого воздействия со стороны отдельных скважин на многопластовую неоднородную систему, нацеленных на вовлечение в разработку трудноизвлекаемых запасов нефти и позволяющих повысить нефтеотдачу пластов, понизить обводненность добываемой продукции.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Изучение современных технологий заводнения продуктивных пластов и определение новых направлений по их совершенствованию.

2. Разработать математическую модель фильтрации жидкости в многослойных пространственно неоднородных коллекторах, вскрытых одной скважиной.

3. Исследовать процессы фильтрации в пространственно неоднородных многопластовых коллекторах с целью определения эффективности воздействия на пластовую систему, как со стороны добывающей скважины, так и со стороны нагнетательной скважины.

4. Разработать новую методику анализа полей давления участков нефтяных залежей с целью определения слабо дренируемых областей и моделирования изменения полей давлений при вводе новых скважин.

5. Создание методов регулирования закачки вытесняющего агента на поздней стадии разработки нефтяных месторождений.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Решение поставленных проблем основано на использовании современных методов математического моделирования процессов фильтрации жидкостей в многопластовых неоднородных коллекторах с привлечением современных ПЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ВЫПОЛНЯЕМОЙ РАБОТЫ.

1. Рассмотрена математическая модель нестационарных процессов фильтрации жидкости в многопластовых пространственно неоднородных системах.

2. Впервые решена задача о фильтрации однородной жидкости в многопластовой системе с изменяющейся по простиранию толщиной пластов при упругом воздействии со стороны как добывающей скважины, так и нагнетательной скважины.

3. Разработана и испытана в промысловых условиях новая методика определения зон с минимальными скоростями фильтрации.

4. Разработана методика моделирования изменения полей давления при размещении новой скважины.

5. Предложена методика регулирования закачки вытесняющего агента в обводненные зоны с неравномерным распределением остаточных запасов в многопластовых объектах.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Методика определения зон с минимальными скоростями фильтрации (застойные зоны) на основе моделирования процессов двумерной фильтрации жидкости с учетом базы данных по разработке участков за всю историю эксплуатации нефтяной залежи.

2. Методика оценки эффективности упругого воздействия на пласты со стороны эксплуатационных и нагнетательных скважин, основанная на математическом моделировании нестационарных процессов фильтрации жидкости в многопластовых пространственно неоднородных коллекторах.

3. Новая технология регулирования закачки вытесняющего агента в обводненные зоны с неравномерным распределением остаточных запасов в многопластовых объектах.

ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных данных достигалась путем применения современных методов математического моделирования и апробации результатов математического моделирования на промышленных объектах.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.

Выполненные разработки внедрены на объектах НГДУ «Иркеннефть», НГДУ «Джалильнефть», что позволило в 1999 г. дополнительно добыть 3920 т нефти с экономическим эффектом 30 898 тыс. руб. По технологиям разработано 2 инструкции на производство работ при их внедрении.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на секции научно-технического Совета НПО «Нефтегазтехнология» (1996;2000 гг.), на техсоветах АО «Татнефть» (1995;2000 гг.), на научно-техническом совете Минтопэнерго (1998;2000), на научно-практической конференции «Техника и технология добычи нефти на современном этапе», г. Альметьевск, 1998 г.

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, получено 6 патентов РФ. В работе представлены результаты исследований, выполненных лично автором, а также в соавторстве с сотрудниками НПО «Нефтегазтехнология» в 1998;2000 гг.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит.

Заключение

.

Изложенные в диссертационной работе исследования направлены на совершенствование существующих методов воздействия на нефтеносные пласты с целью вовлечения трудноизвлекаемых запасов нефти в разработку. Как уже отмечалось ранее, существующие технологии и технические средства отстают от современных требований по поддержанию уровня добычи нефти из слабопроницаемых и малопродуктивных коллекторов. Именно поэтому возникает задача детального исследования процессов, происходящих в реальных пластах. В качестве метода исследования был выбран метод математического моделирования процессов фильтрации жидкости в пространственно неоднородных многопластовых коллекторах.

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты:

1. На примере реальной нефтеносной залежи, сложенной из двух пластов, один из которых выклинивается, исследовано межпластовое взаимодействие и выявлено существенное влияние неоднородности (пространственной зависимости) толщины выклинивающегося пласта на возникновении межпластовых перетоков.

2. На основе численного моделирования процессов фильтрации жидкости в многопластовых пространственно неоднородных коллекторах впервые решена задача о гидродинамическом взаимодействии между пластами с изменяющейся по простиранию толщиной. Промоделированы возможные ситуации, встречающиеся в реальных пластах. Сформулированы условия максимального межпластового взаимодействия, определены положения максимальных перетоков в пластах относительно добывающей скважины при различном воздействии на пластовую систему со стороны скважин.

3. Разработана методика определения застойных зон (зон с минимальными скоростями фильтрации) на основе математического моделирования площадных процессов фильтрации жидкости в пласте, вскрытом нагнетательными и добывающими скважинами. В отличие от существующих подходов, предложенная методика основывается на учете всей информационной базы данных по истории разработки рассматриваемых участков и позволяет проследить изменение областей с минимальными скоростями фильтрации со временем.

4. На основе предложенной модели двумерных процессов фильтрации жидкости в пласте, вскрытом нагнетательными и добывающими скважинами, предложена методика определения положения новых скважин и методика анализа влияния новых скважин на поля давлений участков с максимальными остаточными толщинами.

5. Предложена и адаптирована к условиям разработки Чишминской площади Ромашкинского месторождения методика оптимизации заводнения, позволившая регулировать закачку вытесняющего агента на поздней стадии разработки нефтяных месторождений. Применение данной методики позволило снизить обводненность добываемой продукции за счет отключения нагнетательных скважин в высокообводненных участках месторождения.

6. Совокупность выполненных исследований и группирование их в комплексные технологии повышения нефтеотдачи пластов в разных вариантах их представления с учетом только существующего фонда или бурения новых скважин могут быть представлены в следующем виде:

1. Технология разработки остаточных запасов многопластовых объектов в тупиковых зонах, линзах и зонах с повышенной нефтенасыщенностью размещением новой добывающей или нагнетательной скважины.

2. Технология периодического отбора жидкости из высокообводненных скважин в условиях эксплуатации многопластовых объектов в упругом режиме.

3. Комплексная технология нестационарного заводнения и отбора жидкости (режим работы скважин в противофазе) в сочетании с физико-химическими методами.

Анализ использования разработанных технологий в практических условиях показал, что выше перечисленные технологии могут объединены под названием «Комбинированная технология воздействия на многопластовые объекты в сочетании гидродинамических методов с физико-химическими».

Представленные выше результаты изложены в 10 печатных работах. По результатам работы получено 6 патентов РФ.