Разработка методики обоснования профиля морской многозабойной и горизонтальной скважин на шельфе Нигерии

Актуальность темы

.

В настоящее время, большинство эксплуатируемых нефтяных месторождений в Нигерии, расположены в море (в дельте реки Нигера и глубоководной части гвинейского залива). На суше имеется небольшое количество нефтяных месторождений.

Исследования, положенные в основу данной работы, направлены на повышение эффективности освоения морских месторождений нефти в дельте реки Нигер в Нигерии и океанической части Западной Африки с учётом максимизации накопленной добычи нефти с наименьшими затратами.

Технология освоения морских месторождений, как правило, базируется на строительстве многозабойных и горизонтальных скважин (МЗС и ГС). Многозабойные скважины широко используются для эксплуатации нефте-и газонасыщенных коллекторов. Эти скважины имеют значительный потенциал для усовершенствования экономических показателей работы скважины и управления коллектором.

Техническая цель бурения горизонтальной скважины, среди других, заключаются в необходимости пересечь системы трещин в пределах коллектора и избежать преждевременного прорыва в нее воды или газа. Ствол горизонтальной скважины дренирует значительно большую часть коллектора, чем в случае вертикальной скважины с достижением более высокого экономического эффекта.

В настоящее время технология бурения горизонтальных и многозабойных скважин интенсивно развивается. Технология бурения горизонтальных скважин достигла коммерческой жизнеспособности в течение конца 1980;х годов. Длины горизонтальных участков быстро росли, но это было связано только с усовершенствованием технологии бурения, а не с методическим обоснованием протяженности горизонтального интервала. Поэтому оптимизация длины горизонтальной скважины, протяженности боковых стволов является актуальной проблемой. Её решение позволяет продлить коммерческую жизнь коллектора. Однако до настоящего времени этот вопрос остаётся не окончательно решенным.

Целью диссертационной работы является разработка методики обоснования профиля морской многозабойной и горизонтальной скважин при различных вариантах расположения стволов горизонтальных и многозабойных скважин в продуктивном пласте и определение оптимальных длин горизонтальных стволов с учетом свойств коллектора, гидравлических потерь, накопленной добычи нефти и цены нефти на мировом рынке.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Разработать методическую схему обоснования профиля морской многозабойной и горизонтальной скважин как научно-методическую основу работы.

2. Обобщить данные разноуровневых геолого-геофизических исследований на шельфе Нигерии и построить геолого-геофизическую модель отложений для лицензионного блока в районе дельты р. Нигер.

3. Разработать варианты моделирования горизонтальных многозабойных скважин при различном расположении боковых стволов в пределах лицензионного блока с учетом горногеологических условий месторождений на шельфе Нигерии.

4. Использовать программу VIP Landmark с учетом разработанной геолого-геофизической модели и вариантов моделирования ГС и МЗС.

5. Определить чистый доход от реализации добываемой нефти за 1 год и 25 лет при различных ценах на нефть на мировом рынке.

6. Определить оптимальные длины горизонтальных участков скважин и боковых стволов.

Методы исследования.

Методы исследования, использованные в ходе выполнения диссертационной работы, включали анализ литературных данных по вопросам современного состояния проблемы решенных в диссертации задач, использование компьютерной программы VIP для моделирования эксплуатации нефтяных коллекторов с учётом геологических особенностей строения морских месторождений в Нигерии, расчеты с применением компьютерной программы VIP для моделирования пяти вариантов рассматриваемых профилей горизонтальных и многозабойных скважин и анализ полученных результатов.

Защищаемые научные положения.

1. Определение оптимальной длины горизонтальных и боковых стволов горизонтальных и многозабойных скважин на основе технико-экономического подхода.

2. Методическая схема проектирования профилей морских многозабойных горизонтальных скважин.

3. Использование геолого-геофизической информации для выбора типа проектируемой горизонтальной скважины.

4. Технология адаптации программы VIP Landmark к конкретным горногеологическим условиям района работ.

Научная новизна.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. На основе анализа геолого-геофизической информации выявлены типы неструктурных ловушек, с которыми связаны крупные морские месторождения нефти и газа в Нигерии. Эта информация использована при адаптации программы VEP с целью проектирования профиля скважин и разработки модели коллектора.

2. Доказана целесообразность расположения горизонтальных интервалов ГС и МЗС по диагонали лицензионного блока месторождения и произведены расчеты по этой схеме с помощью программы VIP (по желанию компании-оператора буровая может находиться на морской платформе или на суше). В результате этих расчетов получена большая накопленная добыча с меньшими затратами.

3. Разработаны модели расположения буровой установки на суше при эксплуатации продуктивного пласта на шельфе.

4. Произведено сравнение различных типов горизонтальных и многозабойных скважин с точки зрения получения максимальной накопленной добычи нефти и прибыли, выявлены наиболее перспективные типы этих скважин.

5. Предложен способ определения оптимальных длин горизонтальных участков скважины и боковых стволов (для МЗС) на основе прогноза.

Ф накопленной добычи нефти (при разных длинах стволов) и получения максимальной прибыли при различных ценах на нефть.

Практическая ценность.

Добыча нефти в Нигерии, которая занимается первое место в Африке и седьмое в мире по запасам, играет важную роль в национальной экономике. Поэтому результаты исследования этой работы могут быть рекомендованы к внедрению при эксплуатации месторождений нефти в.

• дельте реки Нигера.

Тип модели многозабойных скважин по варианту 5 может применяться при эксплуатации нефтяных месторождений глубоководной части Западной Африки.

Определение оптимальных длин горизонтальных и боковых стволов (свыше которые не стоит тратить ресурсы на строительство скважин) значительно снизит затраты на разработку месторождений нефти в Нигерии.

В диссертации показано, что бурение с суши для добычи нефти на шельфе может значительно снизить затраты на разработку. Применение предложенных профилей скважин при эксплуатации нефтяных месторождений дельты реки Нигера в Нигерии позволяет снизить затраты на бурение и добычу нефти.

Апробация работы и публикации.

Результаты диссертации опубликованы в четырех печатных работах, доложены на 6-й Научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса Росси».26−27 января 2005 г. и на 7-ой Международной конференции и выставке по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа СНГ, сент. 2005 г.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения. Общий объём работы составляет 156 страницы, в том числе 74 рисунок, 15 таблиц.

Список литературы

содержит 125 наименования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Многовариантное компьютерное моделирование с применением адаптированной к горно-геологическим условиям морских месторождений Нигерии программы VIP Landmark и анализ его результатов позволил выявить наиболее жизнеспособные варианты профилей многозабойных скважин, учитывающие горно-геологические особенности строения дельтовых нефтяных месторождений Нигерии и расположение буровой установки на суше или на море. Показано, что при освоении месторождений в глубоководной части Западной Африки целесообразно использовать вариант 5 многозабойной скважины, характеризующийся высокими технико-экономическими показателями.

Изучение особенностей геологического строения морских месторождений в Нигерии должно осуществляться на основе совместного анализа данных сейсморазведки методом ОГТ, геофизических исследований в процессе и после бурения оценочной вертикальной скважины и петрофизических исследований по керну и шламу.

2. Определено, что добавление одного бокового ствола к горизонтальному участку скважины в направлении увеличения вертикальной проницаемости более предпочтительно, чем нескольких боковых стволов в направлении более низкой проницаемости.

Удаленность боковых стволов от вертикали зависит от степени однородности коллектора.

3. Одним из важных в практическом отношении результатов данной работы является установление того, что большая длина горизонтального участка ГС или боковых стволов МЗС еще не означает автоматического увеличения добычных возможностей скважины, а в ряде случаев даже может приводить к снижению объемов добываемой нефти.

4. Установлено, что при проектировании морских многозабойных горизонтальных скважин затраты на их строительство играют большую роль, определяют оптимальную длину стволов и срок эксплуатации залежи.

5. Усовершенствована методика определения оптимальной протяженности горизонтального интервала ГС. Впервые для условий морских месторождений Нигерии определена оптимальная длина горизонтального интервала, равная 1000 -1200 ми МЗС: Вариант 3: 600 — 800 мВариант 4: 600 — 650 мВариант 5: 800 — 1000 м.

6. Обосновано, что при освоении в Нигерии морских месторождений, расположенных недалеко от береговой линии, буровую установку целесообразно устанавливать на суше.

7. В диссертации разработан и реализован подход к оптимизации длины горизонтальных интервалов и боковых стволов ГС и МЗС на основе расчета накопленной добычи нефти и чистого дохода от ее потенциальной реализации. Оптимальная длина горизонтального и боковых стволов ГС и МЗС зависит также от мировых цен на нефть. Анализ литературных источников по указанной проблеме показал отсутствие такого подхода в ранее выполненных работах в России и за рубежом.

8. На основе обобщения полученных в ходе выполнения диссертации результатов разработана методическая схема проектирования профиля морской многозабойной горизонтальной скважины, являющаяся методической основой проектной стадии работ при освоении морских месторождений нефти и газа.

9. Сопоставление результатов моделирования при проектировании профилей ГС и МЗС для условий морских месторождений Нигерии свидетельствует о наличии существенных резервов повышения эффективности освоения национальных ресурсов углеводородного сырья.

10. Многовариантное компьютерное моделирование с применением адаптированной к горно-геологическим условиям морских месторождений Нигерии программы VIP Landmark и анализ его результатов позволил выявить наиболее жизнеспособные варианты профилей многозабойных скважин, учитывающие горно-геологические особенности строения дельтовых нефтяных месторождений Нигерии и расположение буровой установки на суше или на море. Показано, что при освоении месторождений в глубоководной части Западной Африки целесообразно использовать вариант 5 многозабойной скважины, характеризующийся высокими технико-экономическими показателями.

Изучение особенностей геологического строения морских месторождений в Нигерии должно осуществляться на основе совместного анализа данных сейсморазведки методом ОГТ, геофизических исследований в процессе и после бурения оценочной вертикальной скважины и петрофизических исследований по керну и шламу.

11. Определено, что добавление одного бокового ствола к горизонтальному участку скважины в направлении увеличения вертикальной проницаемости более предпочтительно, чем нескольких боковых стволов в направлении более низкой проницаемости.

Удаленность боковых стволов от вертикали зависит от степени однородности коллектора.

12. Одним из важных в практическом отношении результатов данной работы является установление того, что большая длина горизонтального участка ГС или боковых стволов МЗС еще не означает автоматического увеличения добычных возможностей скважины, а в ряде случаев даже может приводить к снижению объемов добываемой нефти.

13. Установлено, что при проектировании морских многозабойных горизонтальных скважин затраты на их строительство играют большую роль, определяют оптимальную длину стволов и срок эксплуатации залежи.

14.Усовершенствована методика определения оптимальной протяженности горизонтального интервала ГС. Впервые для условий морских месторождений Нигерии определена оптимальная длина горизонтального интервала, равная 1000 — 1200 ми МЗС: Вариант 3: 600 — 800 мВариант 4: 600 — 650 мВариант 5: 800 — 1000 м.

15.Обосновано, что при освоении в Нигерии морских месторождений, расположенных недалеко от береговой линии, буровую установку целесообразно устанавливать на суше.

16. В диссертации разработан и реализован подход к оптимизации длины горизонтальных интервалов и боковых стволов ГС и МЗС на основе расчета накопленной добычи нефти и чистого дохода от ее потенциальной реализации. Оптимальная длина горизонтального и боковых стволов ГС и МЗС зависит также от мировых цен на нефть.

Анализ литературных источников по указанной проблеме показал отсутствие такого подхода в ранее выполненных работах в России и за рубежом.

17. На основе обобщения полученных в ходе выполнения диссертации результатов разработана методическая схема проектирования профиля морской многозабойной горизонтальной скважины, являющаяся методической основой проектной стадии работ при освоении морских месторождений нефти и газа.

18. Сопоставление результатов моделирования при проектировании профилей ГС и МЗС для условий морских месторождений Нигерии свидетельствует о наличии существенных резервов повышения эффективности освоения национальных ресурсов углеводородного сырья.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненные в диссертации исследования показали что, затраты при строительстве профиля по второму варианту меньше, чем по первому. Итак, применение второго варианта является более предпочтительным.

В ряде работ отмечено взаимовлияние боковых стволов в различных типах многозабойных скважин при небольших расстояниях между стволами. В настоящей работе, оптимальное расстояние между боковыми стволами в двух моделях составляет 200 и 324 м.

В работе [40], показано, что самый длинный из трех боковых стволов производит меньшее нефти, чем другие из-за взаимовлияния между самым длинным боковым и другими боковыми стволами.

Хотя выгоды от многозабойного заканчивания большие, проект может требовать большего количества (до 25−50%) времени для разработки и планирования, чем другие обычные скважины [48].

Данная работа отличается от многих других тем, что необычные конфигурации (диагональное расположение многозабойных скважин) были исследованы и оптимизировались для повышения дебита нефти при освоении терригенных коллекторов месторождений дельты Нигер в Нигерии. Аналогичные коллекторы вскрыты бурением в провинции Альберта Канады, что делает актуальным использование полученных в диссертации результатов и в этом регионе.

Были построены компьютерные модели, проанализированы и сопоставлены различные варианты моделей, чтобы узнать наиболее жизнеспособный вариант многозабойных скважин, строительство которых может эффективно использоваться на морских и сухопутных месторождениях Нигерии. Также, при эксплуатации в глубоком море Западной Африки можно использовать такие расположения многозабойных скважин, как в варианте 5, чтобы избежать больших затрат при большем накопленном дебите нефти.

Один из полученных в диссертации результатов показал что, большая длина горизонтальных участков или боковых стволов автоматически не означает большее значение накопленного дебита нефти или прибыли, что согласуется с данными работы[40]. Для коллекторов дельты Нигера в Нигерии рекомендуется использовать рассматриваемые диагональные МЗС.

Используя данные таблицы, можно сравнить накопленную добычу нефти за два срока эксплуатации — один год и двадцать пять лет. Срок сравнения позволяет узнать время, когда начинает поступать доход, поскольку цель эксплуатации месторождений — получение прибыли.

В таблице приведены значения накопленной добычи нефти, представленные в единицах MSTCM, МЗ и ЬЫ.

Результаты таблицы также показывают, какие типы скважин и в каких случаях целесообразно применять при эксплуатации месторождений нефти и газа, чтобы увеличить прибыль и уменьшить затраты при цене нефти 7,16 $/мЗ.

Известно, что снижение давления в горизонтальном стволе может быть весьма важным и существенно влиять на работу горизонтальных скважин. В этой диссертации проведены исследования по уменьшению влияния снижения давления в горизонтальном скважине и улучшение показателей ее работы. Эксплуатация месторождений нефти с применением многозабойных горизонтальных скважин помогает значительно уменьшить давление в стволе скважины. В данной работе при моделировании многозабойных скважин поток в длинном горизонтальном стволе перераспределен на потоки в коротких боковых стволах.

В этой работе была сделана попытка уменьшить давление в стволе, чтобы максимизировать производство нефти и чистый доход. Сравнение всех смоделированных скважин показало, что скважины с большими длинными горизонтальными участками производит меньшее количество нефти по сравнению с многозабойными скважинами. Из-за эффекта вязкости интенсивность потока нефти уменьшается с увеличением длины скважины. Большой перепад давления по стволу увеличивает затраты на бурение и заканчивание скважин и уменьшает чистый доход. Рекомендуется использовать смоделированные скважины для эксплуатации месторождений дельты Нигера Нигерии.

Получение максимального чистого дохода, как замечено, можно при оптимизировании длины горизонтальных участков по вариантам 1,2,3 и 5 с длинным участком, замененным на два и четыре боковых ствола, чтобы уменьшить эффекта вязкости в стволе.

Как показал анализ литературных источников, существуют мало работ по расположению многозабойных скважин по диагонали коллектора.

Расчет затрат на эксплуатацию месторождения в этой работе позволяет сравнить потенциальные преимущества, связанные с использованием разных вариантов оптимизированных многозабойных скважин при бурении, заканчивании и добыче при диагональном расположении ствола ГС в пласте-коллекторе с учетом специфики морских месторождений в Нигерии.

Результаты данной диссертации успешно позволяют снизить давление в стволе и максимизировать добычу нефти путём применения моделей многозабойных горизонтальных скважин, расположенных по диагонали пласта-коллектора.

Также применение второго варианта при эксплуатации месторождений нефти около берега может быть экономически подходящей для эксплуатации в областях подобно дельте Нигера Нигерии.