Прогноз эффективности методов воздействия на пласт и методов увеличения нефтеотдачи в различных геолого-физических условиях

1. Актуальность проблемы и защищаемые положения.

Основными тенденциями развития нефтегазодобывающей отрасли страны на сегодняшний день является вступление большинства залежей Урало-Поволжья и Западной Сибири в завершающую стадию разработки, резкое падение добычи нефти и газа практически во всех нефтегазодобывающих регионах, неблагоприятные условия эксплуатации многих залежей Западной Сибири, выражающиеся в высокой степени обводненности продукции скважин даже в начальный период разработки. Значительно снизилась обеспеченность добычи7 активными высокопродуктивными запасами и ресурсами нефти. Отмечается снижение дебитов скважин по нефти и их массовое обводнение до пределов ниже уровня рентабельной эксплуатации.

Все это требует существенного расширения применяемых технологий интенсификации выработки запасов нефти, и, в частности, проведения более тщательных подготовительных работ по обоснованию воздействия на призабойную зону скважин и объектов в целом, учитывающих особенности физико-химических свойств нефти и геолого-физические условия разработки.

Успешное и своевременное внедрение новых прогрессивных технологий увеличения нефтеотдачи пластов и производительности скважин неразрывно связно с детальным изучением геологического строения и оценкой геологической неоднородности продуктивных пластов, содержащих остаточные запасы нефти. Разнообразие геологических условий залегания, а также физико-химических свойств пород и нефтей месторождений Западной Сибири и Урало-Поволжья требуют широкого обобщения геолого-промыслового материала с использованием аппарата методов распознавания образов, а также моделирования потенциальной продуктивности и нефтеотдачи.

В рамках данной проблемы представляет интерес проведение классификации объектов разработки Западной Сибири, северо-запада Башкортостана и некоторых других нефтедобывающих районов по комплексу геолого-физических параметров, а также классификация пород-коллекторов этих объектов по минералогическому составу и структурно-текстурным свойствам с использованием кристаллооптических исследований.

Статистические методы обработки фактических данных по объектам разработки, являющимися объектами-аналогами по комплексу геолого-физических параметров, можно использовать совместно с гидродинамическими и геолого-промысловыми методами для оценки эффективности применяемых технологий воздействия на нефтяной пласт.

Несомненный интерес представляют лабораторные исследования по воздействию на призабойную зону скважин, которые в сравнении с реальными геолого-физическими условиями позволяют прогнозировать эффективность методов увеличения продуктивности скважин в промысловых условиях. Аналогичный алгоритм применим и для оценки методов повышения нефтеотдачи объекта в целом.

Большой вклад в развитие исследований в области статистического моделирования процессов нефтеизвлечения внесли И. И. Абызбаев, Л. Ф. Дементьев, А. Х. Мирзаджанзаде, М. М. Иванова, В. Г. Каналин, М. А. Токарев, Е. И. Семин и др.

Проблемами разработки теоретических и прикладных аспектов применения методов увеличения нефтеотдачи пластов в различное время занимались и занимаются М. А. Авдонин, Р. Х. Алмаев, Г. А. Бабалян, Р. А. Булатов, Л. Н. Бученков, В. Е. Гавура, А. Ш. Газизов, А. Т. Горбунов, В. В. Девликамов, Р. Н. Дияшев, Ю. В. Желтов, Ю. П. Желтов, С. А. Жданов, И. Л. Мархасин, В. Н. Мартос, Р. Х. Муслимов, М. Л. Сургучев М.Н. Саттаров, А. Я. Хавкин и многие другие исследователи.

Несмотря на большое количество выполненных исследований, проблема прогнозирования эффективности методов воздействия на пласт и методов увеличения нефтеотдачи является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

2. Основные задачи исследования.

Основные задачи исследования сводятся к следующему:

1. Произвести детальное изучение геологического строения и оценку геологической неоднородности продуктивных пластов месторождений Западной Сибири (включая Когалымскую группу месторождений и месторождения сопредельных регионов);

2. Произвести идентификацию объектов разработки месторождений Западной Сибири с ранжированием их в многомерном пространстве геолого-промысловых параметров;

3. Разработать и усовершенствовать адаптационные геолого-промысловые модели для оценки эффективности применяемых технологий разработки для условий месторождений Западной Сибири;

4. Разработать алгоритм системной оценки и обоснования эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи в определенных геолого-физических условиях с использованием результатов классификации и идентификации объектов разработки;

5. Создать методику прогноза эффективности методов воздействия на призабойную зону скважин на основе изучения и детализации структурно-текстурных свойств пород-коллекторов и предварительной идентификации объектов разработки с учетом их литолого-минералогических особенностей.

3. Основная идея и цель работы.

Основная идея и цель диссертационной работы — разработать методику прогноза эффективности методов воздействия на пласт и методов увеличения нефтеотдачи для нефтяных месторождений Западной Сибири и Урало-Поволжья, приуроченных к терригенным коллекторам и различающихся по комплексу геолого-физических характеристик.

Реализация поставленной задачи позволяет осуществлять перспективное планирование при использовании применяемых в настоящее время технологий воздействия на нефтяные пласты, значительно упростить и удешевить процесс выбора оптимальных технологий воздействия на призабойную зону и методов повышения нефтеотдачи, и, в конечном итоге, осуществлять избирательное управление воздействием на ПЗС с целью повышения эффективности выработки остаточных запасов.

4. Методы решения проблемы.

В диссертационной работе используется широкий спектр современных методов^ решения задач, сочетающих в себе комплекс методов промыслово-статистического анализа, методов математического моделирования объектов разработки с применением методов факторного анализа и теории распознавания образов.

Экспериментальная оценка и прогноз эффективности воздействия композициями химреагентов на призабойную зону скважин осуществлялся с использованием кристаллооптических и лабораторных исследований кернового материала.

При выборе методов решения поставленной проблемы автор придерживалась принципов комплексности и системности, позволяющих улучшить результативность и качество получаемой информации.

5. Степень достоверности научных данных.

Основной базой для диссертационной работы послужило детальное геолого-промысловое изучение более чем 80 объектов разработки Западной Сибири и 167 объектов Урало-Поволжья.

Помимо обширных геолого-промысловых и геофизических материалов, в работе используются результаты многочисленных анализов керна, а также данные литолого-фациального и структурно-текстурного анализа более 100 образцов пород-коллекторов месторождений Западной Сибири и Башкортостана.

Обобщение столь значительного фактического и теоретического материала позволило автору разработать научно-методические основы прогнозирования эффективности методов воздействия на нефтяные пласты.

6. Научная новизна.

1. Произведено детальное изучение геологического строения и оценка геологической неоднородности продуктивных пластов объектов разработки Когалымской группы и сопредельных регионов Западной Сибири;

2. Произведена идентификация и ранжирование объектов разработки Западной Сибири по комплексу геолого-физических показателей, оценена степень влияния основных геолого-физических и технологических показателей на нефтеотдачу;

3. Получены адаптационные геолого-промысловые модели, позволяющие прогнозировать процесс нефтеизвлечения для месторождений Когалымской группы Западной Сибири;

4. Произведены системная оценка и обоснование эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи в определенных геолого-физических условиях с использованием результатов идентификации объектов разработки месторождений Западной Сибири, Урало-Поволжья и Средней Азии;

5. Разработана методика прогноза эффективности методов воздействия на призабойную зону скважин на основе изучения и детализации структурно-текстурных свойств пород-коллекторов и предварительной идентификации объектов разработки с учетом их литолого-минералогических особенностей.

7. Практическая ценность и реализация результатов исследований.

1. Примененный автором методический подход к сбору геолого-промыслового материала, его анализу, группированию объектов разработки и построению геолого-промысловых моделей (на примере объектов разработки Западной Сибири) может найти применение в практике научно-исследовательских и проектных работ. Рассматриваемые в работе 80 объектов разработки Западной Сибири и 167 объектов разработки Урало-Поволжья характеризуются широким спектром геолого-физйческих и промысловых показателей и могут служить объектами сравнения практически для любых объектов разработки, приуроченных к терригенным коллекторам.

2. Любой объект разработки представляет собой сложную диффузную систему, в которой одни и те же выходные показатели могут быть достигнуты при различных геолого-физических и промысловых параметрах. Это обстоятельство во многих случаях затрудняет оценку эффективности методов повышения нефтеотдачи или делает ее невозможной. Автором предложена методика для экспресс-анализа эффективности процесса разработки и проектирования методов воздействия на нефтяные пласты с использованием АГПМ, специально разработанных для условий месторождений Западной Сибири.

Реализация предложенного автором подхода позволила произвести детальное геолого-физическое обоснование выбора методов повышения нефтеотдачи применительно к обширной выборке объектов разработки Западной Сибири, Урало-Поволжья и Средней Азии. Результаты исследований вошли в раздел 13.5 «Влияние геологической характеристики объектов разработки на выбор метода повышения нефтеотдачи» учебника «Нефтегазопромысловая геология и гидрогеология», М., Недра, 1997, с. 339−351.

3. Предлагаемая технология воздействия композициями химреагентов на призабойную зону скважин (Патент РФ № 2 057 918 от 10.04.1996 г.), в основе которой лежит дифференцированный подход к обработке композициями химреагентов на основе детального изучения геолого-физических, петрографических и гидродинамических характеристик продуктивного пласта, позволяет в значительной степени повысить качество подготовительных работ по обоснованию воздействия на призабойную зону скважины и объект в целом, и, в конечном итоге, добиваться хороших промысловых результатов.

Реализация предложенной методики нашла выражение в составленных для НГДУ «Краснохолмскнефть» и «Дружбанефть» инструкциях, содержащих конкретные рекомендации по обработкам призабойных зон скважин на объектах НГДУ «Краснохолмскнефть» и «Дружбанефть».

8. Апробация работы и публикации.

Основные положения и результаты работы по темам исследований докладывались на технических советах НГДУ «Краснохолмскнефть» и «Когалымнефть» (ПО «Когалымнефтегаз»), Республиканской научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1995 г.), научно технической конференции, посвященной 50- летию Победы (ГАНГ, г. Москва, 1995 г.), шести научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии (УГНТУ, г. Уфа, 19 901 995 г.), научно-технической конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (КХТП-У-99, г. Уфа, 1999 г.), на международной выставке «Нефтегаз — Башкирия 95».

По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, включая 6 тезисов докладов на региональных, республиканских и международных конференциях, статью в журнале «Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений» (М., 1996 г.), раздел в учебнике «Нефтегазопромысловая геология и гидрогеология» (М., Недра, 1997 г.) (в.

11 соавторстве с М.А.Токаревым), авторское свидетельство (№ 2 057 918 от 10.04.1996 г.).

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 90 наименований и приложения. Работа изложена на 192 страницах, в том числе содержит 41 таблицу, 38 рисунков.

Выводы (к главе 5).

1. Использование метода главных компонент позволило произвести идентификацию пород-коллекторов ряда нефтяных месторождений Западной Сибири по комплексу литолого-минералогических показателей. Выделено три достаточно однородных группы объектов-аналогов. Проведенное ранжирование пластов относительно выделенных центров группирования позволило обнаружить взаимосвязь между особенностями литолого-минералогического состава и характером насыщенности пластов-коллекторов.

Предлагаемый подход к идентификации пород-коллекторов Западной Сибири по комплексу литолого-минералогических параметров может быть использован при решении задач подбора оптимального воздействия на пласт.

2. Приводится анализ современных представлений о причинах снижения продуктивности скважин в процессе эксплуатации. Перечень наиболее распространенных способов оценки и прогноза эффективности методов воздействия на нефтяные пласты убедительно свидетельствует, что для повышения эффективности разработки объектов с тру дно извлекаемым и запасами нефти необходимо проводить более тщательные подготовительные работы по обоснованию воздействия на призабойную зону скважины и объект в целом, учитывающие особенности физико-химических свойств нефти и геолого-физические условия разработки.

3. Разработана комплексная методика исследований по прогнозу эффективности воздействия композициями химреагентов на призабойную зону условиях определенных структурно-текстурных типов пород-коллекторов, основной идеей которой является дифференцированный подход к обработке композициямихимреактивов призабойной зоны пласта на основе детального изучения геофизических, петрографических и гидродинамических характеристик продуктивного пласта.

4. Проведенные лабораторные исследования воздействия химреагентами на терригенные керны продуктивных пород показывают, что их результативность находится в прямой связи со структурно-текстурными особенностями породы-коллектора, определяющими ее принадлежность к одной из ранее выделенных групп. Было установлено, что применение композиций химреагентов, рекомендуемых для разглинизации пород-коллекторов в разрезе терригенной толщи нижнего карбона месторождений северо-запада Башкортостана приводит к изменению первоначальных структурно-текстурных свойств, а 2,3,4,и 5 типы пород переходят в самый однородный — 1-ый структурно-текстурный тип. Это объясняется разрушением глин истых включений в этих типах пород.

5. Результаты экспериментальных исследований кернового материала Восточно-Придорожного месторождения позволили заключить, что полиминеральные коллекторы Западной Сибири выделяются в особую.

192 группу, отличающуюся от коллекторов других нефтедобывающих регионов и требующую применения специальных технологий повышения производительности скважин.

В качестве первоочередных мер по восстановлению коллекторских свойств анализируемых пород-коллекторов можно рекомендовать проведение таких мероприятий, которые бы способствовали улучшению структуры порового пространства и характеристики пористости, стабилизации глинистых составляющих пород-коллекторов. 6. Широкое использование предлагаемой методики позволяет получать хорошие промысловые результаты при прогнозировании и использовании методов воздействия на призабойную зону нефтегазоносных коллекторов, значительно упростить и удешевить процесс выбора оптимальных технологий воздействия на призабойную зону скважин.

Заключение

.

Повышение эффективности применяемых в настоящее время техноло-ий воздействия на нефтяные пласты в значительной степени связано с при-[енением избирательного управления воздействием на призабойную зону ласта с целью интенсификации притока нефти. Такой «дифференцирований» подход лежит в основе комплексной методики прогноза эффективности ютодов воздействия на пласт и методов увеличения нефтеотдачи для нефтя-[ых месторождений Западной Сибири и Урало-Поволжья. Совершенствова-[ие подготовительных работ по обоснованию воздействия на призабойную ону скважины и объект в целом должно осуществляться с учетом особенно-тей физико-химических свойств нефти и геолого-физических условий раз->аботки.

Проведенная геологическая интерпретация промыслового состояния) азработки объектов Западной Сибири свидетельствует, что исследуемые) бъекты, приуроченные к полимиктовым терригенным коллекторам, отли-1аются чрезвычайно сложным геологическим строением. Особенности гео-югического строения месторождений Западной Сибири предопределяют сложность субъективного подхода к анализу разработки и контролю текущей 1ефтеотдачи. Возникает необходимость предварительной идентификации объектов разработки Западной Сибири, выделения характерных групп и, в дальнейшем, статистического моделирования процессов нефтеизвлечения ощя выделенных групп с целью оценки эффективности методов воздействия яа нефтяные пласты.

На основе геолого-промыслового материала по комплексу объектов разработки Западной Сибири была отработана методика классификации техно-природных объектов с использованием метода главных компонент.

С использованием предложенного автором алгоритма проведена идентификация комплекса объекта разработки Западной Сибири, в результае чего в многомерном пространстве главных компонент было выделено не-колько характерных групп относительно однородных объектов.

Использование методов факторного анализа способствовало опреде-ению информативности геолого-физических параметров, характеризующих бъекты разработки Западной Сибири, и позволило рекомендовать для соз-, ания геолого-статистических зависимостей комплекс высокоинформатив-[ых взаимонезависимых показателей.

Обобщение опыта разработки объектов Когалымской группы и сопре-[ельных регионов Западной Сибири наглядно продемонстрировало четкую (ифференциацию основных показателей разработки в пределах выделенных рупп, что позволило произвести их сравнительный анализ и выявить факто->ы, обусловливающие эффективность процесса нефтеизвлечения из иссле-1-уемых объектов.

Определение евклидовых расстояний от каждого из объектов выборки {о выделенных центров группирования и ранжирование их в порядке возрас-:ания этой величины позволило произвести типизацию исследуемых залежей I оценить степень влияния основных технологических факторов разработки т характер выработки запасов. Полученные результаты могут способствовать повышению эффективности процессов регулирования разработки.

Специфика геолого-физических условий разработки объектов Западной Сибири определяет также условия применения различных промыслово-:татистических методов для оценки текущей и конечной нефтеотдачи. Например, использование экстраполяционных методов для объектов Когалым—кой группы на ранней стадии разработки влечет за собой значительную погрешность прогноза. В связи с этим, в подобных условиях необходимо применение таких методов прогноза, которые в полной мере учитывали бы геогюго-физическую характеристику пластов и насыщающих их флюидов, а гакже особенности технологии разработки, что возможно при использовании геолого-статистических моделей.

Исходя из надежности геолого-промысловых данных и геолого-шзических условий разработки для объектов Когалымской группы было редложено пять вариантов геолого-статистических моделей, позволяющих уценивать текущую и конечную нефтеотдачи. При этом рекомендуется выбрать ту зависимость, для которой в данный момент времени имеются наи-юлее надежные геолого-физические параметры. Зависимости отличаются [остаточно высокими статистическими характеристиками (для I, IV вариан-ов моделей коэффициенты детерминации достигают 0,94 — 0,99) и могут [меть широкое практическое применение.

Одной из важнейших проблем разработки нефтяных месторождений шляется выбор эффективного воздействия на нефтяные пласты. Результаты фоведенной идентификации 137 объектов разработки Урало-Поволжья, За-1адной Сибири и Средней Азии использовались для системной оценки и) боснования применимости методов увеличения нефтеотдачи в определен-шх геолого-физических условиях. Применение метода факторного анализа тозволило достаточно однозначно определить наиболее эффективные методы увеличения нефтеотдачи применительно к выделенным по комплексу^{еолого-физических} параметров группам объектов-аналогов. Анализ эффективности использования современных методов увеличения нефтеотдачи на многочисленных месторождениях страны убедительно свидетельствует, что технологическая эффективность большинства методов определяется геолого-$шзическими свойствами объекта воздействия и стадией его разработки, поэтому дальнейшие перспективы развития и внедрения технологий увеличения нефтеотдачи связаны прежде всего с детальным геолого-физическим обоснованием выбора объектов разработки.

Использование разработанного алгоритма идентификации технопри-родных объектов в многомерном пространстве главных компонент позволило на качественно новом иерархическом уровне рассмотреть вопрос группирования продуктивных пластов объектов разработки Западной Сибири с учетом особенностей их литолого-минералогического состава и, затем, перейти к озданию комплексной методики прогноза эффективности методов воздейст-ия на призабойную зону скважин. Проведенные лабораторные исследования воздействия химреагентами на образцы терригенных пород месторождений северо-запада Башкортостана и Восточно-Придорожного месторождения Западной Сибири показали, что их результативность находится в прямой свя-и со структурно-текстурными особенностями породы-коллектора, опреде-[яющими ее принадлежность к одной из ранее выделенных групп. Использо-1ание предлагаемой методики на практике позволяет повысить эффектив-юсть работ по проектированию и использованию методов воздействия на физабойную зону скважин, а также значительно упростить и удешевить фоцесс выбора оптимальных технологий воздействия на пласт.