Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и разработка технико-технологических методов управления одновременно-раздельным дренированием многопластовых месторождений

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка технико-технологических методов управления одновременно-раздельным дренированием многопластовых месторождений"

На правах рукописи

ЗАХАРОВ ИЛЬЯ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНЫМ ДРЕНИРОВАНИЕМ МНОГОПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Тюмень - 2013 005542646

005542646

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ) на кафедре «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Грачев Сергей Иванович

Официальные оппоненты: - Федоров Вячеслав Николаевич

Ведущая организация - Общество с ограниченной ответственностью

«ТюменНИИгипрогаз».

Защита состоится 26 декабря 2013 года в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625027, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-издательском комплексе ТюмГНГУ по адресу: 625027, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72 а, каб. 32.

Автореферат разослан 26 ноября 2013 года.

доктор технических наук, профессор начальник отдела ГДИС ООО «БашНИПИнефть»; - Тимчук Александр Станиславович кандидат технических наук,

заместитель генерального директора по науке ООО «Тюменский нефтяной научный центр».

/

Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Аксенова Наталья Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Известно, что при реализации экономически привлекательных вариантов разработки низкопроницаемых (тонких) пластов (НПП) весьма проблемным становится обеспечение эффективного вытеснения нефти и приемлемых дебитов скважин многопластовых месторождений. В то же время скважины высокопродуктивных пластов (ВПП) работают устойчиво, с проектными дебитами. Вполне логичным представляется вариант эксплуатации НПП и ВПП в условиях одной сетки скважин. Поэтому в нормативно-технических документах на проектирование (Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 537102009 «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Правила проектирования разработки»), а также промышленное внедрение (Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53713-2009 «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Правила разработки») указывается на обязательное исследование вариантов применения технологий одновременно-раздельной разработки (ОРР) нескольких пластов. Не смотря на это, на стадии составления первых проектных документов для многопластовых месторождений технико-экономические обоснования разработки совмещенных нефтеносных площадей залежей проводятся в недостаточных объемах. Как следствие, недропользователи планируют лишь опытно-промысловые работы по апробации технологий ОРР на единичных скважинах или локальных участках.

Эффективное управление одновременно-раздельным дренированием позволяет решать следующие задачи:

- приобщение пластов с низкорентабельными и непромышленными запасами;

- повышение депрессии в скважинах;

- сокращение фонда периодически работающих скважин;

- интенсификация системы разработки низкопродуктивных пластов путем уплотнения сетки за счет использования скважин других пластов;

- выравнивание профиля вытеснения нефти водой в пластах;

- зональное увеличение пластового давления на участках, где это необходимо;

- снятие проблемы штудирования нагнетательных скважин и переход от штатных систем ППД к циклическим или импульсным.

Это предопределяет актуальность исследования и разработки технико-технологических методов одновременно-раздельного дренирования многопластовых месторождений.

Цель работы

Повышение эффективности выработки запасов нефти многопластовых месторождений путем разработки и внедрения комплекса технологических и технических решений, обеспечивающих одновременно-раздельное дренирование нескольких продуктивных пластов.

Основные задачи исследования

1. Анализ результатов внедрения проектных решений по разработке многопластовых объектов с применением технологии одновременно-раздельной добычи (ОРД) и закачки (ОРЗ).

2. Разработка технических средств для регулирования процесса разработки двух и более пластов одной скважиной.

3. Разработка методических подходов к управлению одновременно-раздельной добычей и закачкой на многопластовых месторождения.

4. Промысловая апробация технологии одновременно-раздельной добычи и закачки на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

Объект и предмет исследования

Объектом исследования является объект разработки, включающий несколько гидродинамически-изолированных залежей нефти, а предметом -скважина, дренирующая специальным оборудованием несколько продуктивных пластов на разных технологических режимах.

Научная новизна выполненной работы

1. Разработаны методические подходы к обоснованию граничных пределов применения технологии одноврменно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) на основе геолого-физических и технико-экономических критериев.

2. Доказана зависимость технологических показателей разработки от применения технологии ОРЭ на основе вычислительных экспериментов, поставленных на цифровой фильтрационной модели.

3. Разработана методика оптимизации режимов эксплуатации добывающих скважин, дренирующих несколько залежей нефти, обеспечивающая повышение технологической эффективности эксплуатации и выработки запасов.

Практическая ценность и реализация

1. Разработанное оборудование обеспечивает эксплуатацию нижнего низкопродуктивного пласта штанговым насосом и высокопродуктивного верхнего пласта электроцентробежным насосом на скважинах Восточно-Сургутского месторождения ОАО «Сургутнефтегаз».

2. Внедрение разработанных методических подходов и оборудования для одновременно-раздельной добычи на многопластовых месторождениях позволило увеличить дебиты скважин, эксплуатирующих несколько продуктивных пластов, в среднем на 7 т/сут, и повысить уровень добычи нефти Восточно-Сургутского месторождения за 2012 г. на 13,6 тыс.т.

Основные защищаемые положения

1. Методика применения ОРЭ на различных стадиях разработки месторождения с учетом технологических и экономических показателей;

2. Классификация технических решений технологии ОРЭ по способу определения параметров объектов разработки и методика подбора оборудования, предлагаемая на её основе;

3. Система практических рекомендаций по применению технических средств для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов Восточно-Сургутского месторождения.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Область исследования соответствует паспорту специальности 25.00.17 -Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, а именно: пункту 3 «Научные аспекты и средства обеспечения системного комплексного (мультидисциплинарного) проектирования и мониторинга процессов разработки месторождений углеводородов, эксплуатации подземных хранилищ газа, создаваемых в истощенных месторождениях и водонасыщенных пластах с целью рационального недропользования», пункту 4 «Технологии и технические средства добычи и подготовки скважинной продукции, диагностика оборудования и промысловых сооружений, обеспечивающих добычу, сбор и

промысловую подготовку нефти и газа к транспорту, на базе разработки научных основ ресурсосбережения и комплексного использования пластовой энергии и компонентов осваиваемых минеральных ресурсов» и пункту 5 «Научные основы компьютерных технологий проектирования, исследования, эксплуатации, контроля и управления природно-техногенными системами, формируемыми для извлечения углеводородов из недр или их хранения в недрах с целью эффективного использования методов и средств информационных технологий, включая имитационное моделирование геологических объектов, систем выработки запасов углеводородов и геолого-технологических процессов».

Апробация результатов работы

Результаты диссертационной работы и ее основные положения докладывались и обсуждались на: региональной конференции «Вопросы геологии, бурения и разработки нефтяных и газовых месторождений Сургутского региона» 2006 г., 2010 г., VII -ой конференции молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры, 2007 г., 2009 г., 2011 г., Третьей научно - практической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности» 2012 г., семинарах кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» ТюмГНГУ (2009 — 2013 г.г.), научно-технических совещаниях ТО «СургутНИПИнефть» (2006 - 2013 гг.).

Публикации

Результаты выполненных исследований отражены в 20 печатных работах, в том числе в 5 изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 7 патентах на полезную модель.

Объем и структура работы

Диссертационная работа изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 48 рисунков. Состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 88 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, задачи исследований, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, определены основные защищаемые положения.

В первом разделе представлены результаты анализ разработки многопластовых месторождений. Исследованы проблемы контроля за выработкой запасов нефти при совместном дренировании пластов общим фильтром, а также технико-технологические решения по одновременно-раздельной добыче и закачке.

Значительный вклад в решение проблем, связанных с разработкой многопластовых месторождений, внесли известные отечественные и зарубежные ученые: Афанасьев В.А., Баишев Б.Т., Волков Л.Ф., Воробьев В.Д., Гарипов О.М., Тарифов K.M., Зайцев Ю.В., Киреев A.M., Кременецкий М.И., Кузьмин В.М., Леонов В.А., Максутов P.A., Поляков А.Б., Третьякова Г.И., Хангильдин И.Г., Хисамов P.C., Шаисламов Ш.Г., Шаймарданов Р.Ф., Янтурин А.Ш., Янтурин P.A. и др.

В последние годы на нефтяных месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» проводит массовое бурение скважин на глубокозалегающий низкопроницаемый пласт (НПП) ЮС2 с транзитным вскрытием верхних разрабатываемых высокопроницаемых пластов (ВПП). В этом случае транзитные пласты досконально изучаются на предмет нахождения в них рентабельных остаточных извлекаемых запасов (ОИЗ) с целью вовлечения их в активную разработку с помощью оборудования ОРР. Достаточно перспективным является добуривание забоев и вскрытие пласта ЮС? перфорацией верхних пластов, обеспечивая за счет ОРР необходимую, достаточно высокую плотность сетки скважин. Кстати, «раннее» вскрытие пласта lOCj скважинами верхних объектов позволило бы обеспечить его доразведку еще в 90-е годы XX века.

На многопластовых низкопродуктивных месторождениях с глубокозалегающими продуктивными пластами можно получить ощутимый прирост дебитов нефти, если вместо штангового насоса использовать компоновку одноврменно-раздельной добычи (ОРД) с одним УЭЦН на глубине более 2500 м. Рабочие депрессии на пласт возрастут на 4-6 МПа. В таблице 1

представлена характеристика наиболее часто используемых компоновок с выявленными их недостатками.

Применение ОРД позволяет повысить дебит нефтяных скважин в контактных водонефтяных зонах, при вскрытии как нефте- и водонасыщенного интервалов проводить раздельные отборы нефти и воды при различных забойных давлениях. За счет этого в процессе эксплуатации исключается интенсивное образование водяного конуса в пласте, обычно «отсекающего» нефтенасыщенную часть разреза.

При проектировании систем разработки новых месторождений, как правило, отсутствует достаточная геологическая информация по всем пластам. По мере разработки первоочередных объектов накапливаются сведения о других (второстепенных) пластах, которые впоследствии могут быть приобщены к ранее вскрытым пластам с помощью методов ОРР.

Таблица 1 - Компоновки для одновременно-раздельной добычи нефти

Вариант решения Недостатки

Baker (гидравлический регулятор) эксплуатационная колонна диаметром более 168 мм; высокая стоимость; длительный срок поставки; нет возможности замера дебита и обводненности по пластам.

Schlumberger (ЭЦН-ЭЦН) эксплуатационная колонна диаметром более 168 мм; производительность от 50 м3/сут; высокая стоимость; длительный срок поставки; большая металлоемкость.

ОАО «Татнефть» (ШГН-ШГН) глубина спуска до 1200м; производительность до 20 м3/сут; невозможность прямого замера дебита и обводненности; большая металлоемкость.

ОАО «Татнефть» (ШГН-ШГН (с полыми штангами) глубина спуска до 1200м; дебит до 20 м3/сут; применение на устье резинового шланга; большая металлоемкость.

ООО «НИИ «СибГеоТех» (ЭЦН с датчиками + многопакерная с мандрелями) сложность спуска в наклонно-направленную скважину; погрешность при замере обводненности в низкодебитных скважинах (ниже приема насоса стоит столб воды); погрешность при замере дебита (влияние свободного газа); регулирование отборов по пластам только при текущем ремонте скважины.

В настоящее время основной фонд скважин на многопластовых

месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» разбурен самостоятельными сетками скважин. Лишь в незначительной части добывающих скважин два пласта вскрыты одним фильтром. Основной фонд внедрения исследуемых технологий - это фонтанные скважины прошлых лет. В этой ситуации внедрение ОРР может быть связано с приобщением к разрабатываемым пластам позже разбуренных (совпадающих в плане) пластов.

Кроме того, применение оборудования ОРР на ряде месторождений района, возможно после перфорации вышележащих пластов с целью довыработки остаточных запасов нефти.

Высокие технико-экономические эффекты применения указанных технологий возможны при условии полного охвата ими скважин в зонах совпадения контуров нефтеносности пластов. Такой подход обеспечит управление процессом ОРЭ. В настоящее время ни на одном месторождении России данные условия не выполняются.

Во втором разделе представлены результаты исследования существующих и разработки технических средств для управления выработкой запасов нескольких пластов.

Известно, что одной из проблем, с которой сталкивается недропользователь при разработке многопластовых месторождений является списание с государственного баланса запасов углеводородов. Распределение добычи по пластам ведется глубинными расходомерами, расположенными в интервалах перфорации пластов. Фиксирует объем проходящей жидкости с растворенным и свободным газом. Следовательно, объемы жидкости, поступаемые из пласта, определяются с высокой погрешностью. В этой связи разработано устройство, обеспечивающие повышение точности замеров дебита (Патент РФ № 118681 ГШ), поступающего из каждого разобщенного пакером пласта в насос (рисунок 1), перекрывающее по трубному каналу подъем жидкости из нижнего пласта в насос.

При замере дебита после перекрытия канала клапаном-отсекателем, например нижнего пласта, насос начинает откачивать жидкость только из верхнего пласта. Значения давлений на приеме насоса и забое открытого верхнего пласта падают. Следовательно, увеличивается депрессия на верхний пласт, и отборы жидкости из него будут становиться выше, чем при штатном режиме. Эффективная работа устройств обеспечивается электромагнитным клапаном-отсекателем, который испытан на шести скважинах при глубине установки от 2 тыс. м и более. В результате промысловых работ, несмотря на небольшую погрешность в величине напряжения (213 вместо 220 В), выявлено, что пусковой ток включения электромагнитного клапана составил 3 А (равен расчетному), рабочий после пяти минут включения — 0,85 А, после 30 минут

— 0,65 А (равен расчетному). После 24 часов во включенном состоянии КЭН сохраняет электротехнические параметры. Приведение клапана в положение «закрыто» для замера дебита и обводненности верхнего пласта осуществляется путем подачи постоянного напряжения 220 В, а после снятия напряжения клапан открывается.

Рисунок 1 - Оборудование для одновременно-раздельной эксплуатации

двух пластов через одну скважину Дебит нижнего пласта определяется вычитанием из значения ранее замеренного дебита двух пластов скважины значения замеренного дебита верхнего пласта:

Обводненность нижнего пласта (ви) определяется:

^ 2 скв' 9 скв -ц«- 6в

где <2 скв - замеренный наземной замерной установкой суммарный дебит жидкости двух пластов (скважины); qв - замеренный наземной замерной установкой дебит верхнего пласта, м3/сут; дп - дебит нижнего пласта, м3/сут; веке. вв - соответственно замеренные наземной замерной установкой обводненности скважины (двух пластов) и верхнего пласта, д.ед.

1 колонна труб

2 пакер

3 верхний пласт

4 нижний пласт

5 оголовок колонны труб

6 хвостовик

7 насосный агрегат

8 уплотнительные элементы

9 датчик давления

10 штуцер

11 обратный клапан

12 соленоидная катушка

13 камера

14 якоря

15 кабелю

16 продольное сквозное отверстие

17 тарельчатого клапана

18 седло

19 пружина возврата

цн = 2 скв - дв.

(1)

Каждый из пластов А, В и С имеет свои фильтрационные, геометрические и гидравлические параметры: скин-факторы; глубины проникновения отверстий перфорации; пластовые давления.

Функцией, отражающей одновременную установившуюся фильтрацию жидкости по всем вскрытым пластам (А, В и С), будет зависимость перепада давления между точкой забоя и узлом _/',,, с некоторым постоянным давлением (возьмем пластовое давление верхнего пласта А, давление на контурах дренирования принимается постоянным, поэтому выбор того или иного пластового давления одного из пластов значения не имеет) от расхода q по стволу скважины

Эту функция (модель) является обобщенной индикаторной линией (ОИЛ), отражающей совместную фильтрацию во всех вскрытых пластах. На рисунке 4 (в качестве примера) показаны полные индикаторные линии для пластов А, В и С, построенные на основании результатов гидродинамических исследований, полученных в условиях изоляции влияния остальных пластов.

Рисунок 4 - Результаты гидродинамических исследований совместной

Пластовые давления РШ1А=19 МПа, Р11ЛВ=20,5 МПа, РШ1С=23 МПа, где ц -расход в стволе скважины выше, вскрытых пластов; цА, дЕ, дС — расходы по пластам А, В и С, соответственно.

Решая систему уравнений относительно неизвестных расходов жидкости по пластам, изменяя расход я по стволу скважины выше пласта А, получим зависимости дА=Е1(д), дВ=Е2(д), дС=РЗ(д) (рисунок 5), подставив полученные

А^знп = Гоил^-^тп =/оил{1})

(4)

их

эксплуатации пластов А, В и С в одной скважине

значения qA в функцию/А(дА), получим перепады давления (репрессии) между забойным и давлением в /г'е пласта А. Точки репрессии относительно расхода ц будут описывать ОИЛ совместной фильтрации данных пластов в одной скважине.

Рисунок 5 - Зависимости расхода жидкости в пластах от расхода

Как видно из графика, ОИЛ не проходит через начало координат. Фактор осреднения связан с проявлением гидродинамической активности одного из пластов с наибольшим коэффициентом пьезопроводности, хотя на динамику пластовых давлений больше оказывает влияние гидропроводность. Поэтому, при выходе кривой восстановления давления (КВД) на линию с нулевой производной, создается видимость полного восстановления.

При гидродинамических исследованиях в скважинах с совместной эксплуатацией более одного пласта, КВД имеет участки параллельно оси времени, что свидетельствует о дискретности в проявлении активности пластов и различиях в значениях пластового (давлениях на контурах дренирования) давления. Это показывает необходимость применения оборудования ОРД.

С целью определения технологической эффективности применения оборудования ОРД выполнен ряд вычислительных экспериментов над цифровыми геолого-гидродинамическими моделями пластов Р2и1, Р|а-8 Ненецкого месторождения. Основными геологическими предпосылками для организации раздельной разработки является ряд отличий фильтрационно-емкостных параметров пластов и физико-химические свойства флюидов (рисунок 6).

100

■150

жидкости в стволе скважины выше интервалов перфорации

Результаты моделирования перевода скважин одного объекта на другой по мере выполнения проектного назначения показали достаточно высокие значения по выработке запасов, однако выявлен продолжительный срок разработки.

Скважина 701П

—- | Кпр, Ю^мкм2 Кнн. д.ед. Гф, м'/т М-мПа-с Рнзс, МПа Рпп, МПа

— Р2и1 104.31 0.523 19.0 2.5 4.0 19.0

1

,1 Р,к, 19.52 0.56 36.0 2.1 6.5 19.5 |

' 1 83 м Р,к2 3.99 0.62 35.8 2.2 6.5 20.5 !

1 ...

Е

50.1 0.884 65.0 3.9 12.0 21.0

о." 90 м

1

Рисунок 6 - Геологическая характеристика пластов Ненецкого месторождения

В связи с поставленной целью исследования был выбран опытный участок, размерами 1 ООО 1000 метров, с последующим проведением расчетов по оценке различных сеток скважин при раздельной разработке. Наиболее оптимальным является вариант обращенной пятиточечной системе с внутриконтурным заводнением, с плотностью скважин 16 Га/скв. для обоих пластов (рисунки 7,8).

расчетного периода (объект Рги!)

Рисунок 8 - Карта нефтенасыщенности на начало (а) и конец (б)

расчетного периода (объект Р|а-з) По результатам выполнения вычислительных экспериментов установлено: значение КИН при организации совместной разработки составит 0,189 д.ед. или 835 тыс.т. (рисунок 9) нефти за расчетный период; при поэтапной разработке 0,378; при внедрении оборудования одновременно-раздельной разработки 0,435, т.е. приращение добычи порядка на 250 тыс.т. нефти и сокращение срока освоения пластов.

Рисунок 9 - Динамика суммарной накопленной добычи нефти по пластам Р2и1, Р.а-в

По результатам выполнения оценки технологических параметров разработки для пластов Ненецкого месторождения установлено:

1) эксплуатация объекта единым фильтром технологически невозможна;

2) разработка самостоятельными сетками - убыточна; 3) рентабельные показатели разработки достигаются применением на Ненецком месторождении одновременно-раздельной добычи в добывающих и оборудования ОРЗ в

Для разработки залежей нефти в сложнопостроенных малопроницаемых юрских отложений, характеризующихся низкими фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС): коэффициент песчанистости менее 30 %; проницаемость редко превышает 0,02 • 10"3 мкм2 НГДУ «Комсомольскнефть» совместно с ТО «СургутНИПИнефть» решено внедрить оборудование ОРР.

В 2015 г. НГДУ «Комсомольскнефть» начнет эксплуатацию Ненецкого месторождения. По «Технологической схеме ОПР на Ненецком месторождении» (2009 г.) предлагается построить 340 скважин для ОРЭ и ОРЗ, что составляет 83 % всего фонда скважин.

В настоящее время в ОАО «Сургутнефтегаз» применяется технология одновременно-раздельной разработки участков залежей на 17 скважинах.

Оборудование ОРД нефти из двух пластов проходит промысловые испытания с целью выявления оптимальной компоновки оборудования. Испытания проведены в 20 скважинах.

Внедрение технологии позволило увеличить дебиты добывающих скважин, эксплуатирующих несколько продуктивных пластов, в среднем на 5 т/сут и дополнительно добыть 11,6 тыс.тонн нефти за время проведения испытаний.

Специалисты НГДУ «Комсомольскнефть» руководствуются следующими результатами диссертационной работы:

- методическими подходами к рациональному применению оборудования для ОРД и ОРЗ на различных стадиях разработки многопластовых месторождений на основе геолого-промысловых критериев, определяющих технологические показатели пределов применяемости оборудования ОРЭ;

- техническими средствами для ОРД нефти из двух пластов через одну скважину с обеспечением требуемой точности замеров дебита и обводненности жидкости, поступающей из каждого разобщенного пакером пласта в насосную установку и далее в нефтепромысловую систему;

- техническими средствами для ОРЗ воды в два пласта через одну скважину с обеспечением требуемой точности замеров приемистости и регулированием давления закачки по пластам для системы поддержания пластового давления.

Основные положения диссертации опубликовано в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Янин А.Н. Предложения к проектированию одновременно-раздельной разработки многопластовых месторождений (статья)/ А.Н. Янин В.А. Афанасьев, И.В. Захаров ZZ Бурение и нефть. - 2012. - №5. - С. 38-41.

2. Цику Ю.К. Опыт и перспективы одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых месторождений НГДУ «Комсомольскнефть» (статья) Z Ю.К. Цику, И.В. Захаров ZZ Нефтяное хозяйство. - 2012. - №8. - С. 5254.

3. Алеев Р.И. Опыт создания и эксплуатации оборудования для одновременно-раздельной добычи нефти НГДУ «Сургутнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» (статья) Z Р.И. Алеев, И.В. Захаров ZZ Нефтяное хозяйство. -

2012. -№8.-С. 58-59.

4. Афанасьев В.А. Проблемы внедрения технологии одновременно-раздельной эксплуатации на многопластовых месторождениях России (статья)/

B.А. Афанасьев, В.А. Захаров, И.В. Захаров, С.Н. Матвеев, Ю.К. Цику, ZZ Нефтяное хозяйство. - 2011. - №7. - С. 94-97.

5. Афанасьев В.А. Проблемы и перспективы внедрения технологии одновременно-раздельной разработки многопластовых месторождений России (статья)/ В.А. Афанасьев, И.В. Захаров ZZ Инженерная практика. - 2011. - №3. -

C. 72-75.

6. Цику Ю.К. Опыт и перспективы одновременно-раздельной разработки многопластовых месторождений НГДУ «Комсомольскнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» (статья) Z Ю.К. Цику, И.В. Захаров // Инженерная практика. -

2013. -№2.-С. 38-41.

7. Грачев С.И. Обоснование технологии разработки многопластовых залежей (статья)/ С.И. Грачев, A.B. Стрекалов, А.Б. Рублев, И.В. Захаров, С.М. Стрикун // Известия высших учебных заведений. Нефть и Газ. - 2012. - №3 - С. 44-49.

В других изданиях

8. Захаров И.В. Гидродинамическая подготовка вод при закачке в низкопродуктивные пласты (статья)/ В.А. Афанасьев, В.А. Захаров, Э.П. Егоров // Вопросы геологии, бурения и разработки нефтяных и газовых месторождений Сургутского региона. Сборник научных трудов СургутНИПИнефть. Вып. 7. -Москва - 2006,- С. 233-238.

9. Захаров И.В. Стратегия применения технологии одновременно-раздельной эксплуатации на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» (статья)/ В.А. Афанасьев, С.Н. Матвеев, Ю.К. Цику // Вопросы геологии, бурения и разработки нефтяных и газовых месторождений Сургутского региона. Сборник научных трудов СургутНИПИнефть. Вып. 11. - Москва - 2010-С. 138-142.

10. Захаров И.В. Одновременно-раздельная эксплуатация скважин штанговыми глубинными насосами // VII конф. молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием

участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа -Югры: матер, конф. - Новосибирск: Параллель, 2007. - С. 237-240

П.Захаров И.В. Одновременно-раздельная закачка воды в два пласта через одну скважину // IX конф. молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры: матер, конф. - Новосибирск: Параллель, 2009. - С. 207-210.

12. Захаров И.В. Техника и технология подготовки воды системы ППД для низкопродуктивных месторождений // XI конф. молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа -Югры: матер, конф. - Новосибирск: Параллель, 2011. - С. 180-184.

13. Захаров И.В. Технология и оборудование одновременно раздельной закачки воды для системы ППД // Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности: сб. докл. Третьей науч.-практ. конф. - Шадринск: Шадринский Дом Печати, 2012. - С. 407-412.

14. Патент РФ № 57811 RU, МПК Е21В43/16 Оборудование нагнетательной скважины // В.А. Афанасьев, В.А. Захаров, Э.П. Егоров, И.В. Захаров. - Опубл.27.10.2006

15. Патент РФ № 59140 RU, МПК Е21В43/16 Оборудование для одновременно раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину // В.А. Афанасьев, В.А. Захаров, С.А. Тетерин, И.В. Захаров, А.П. Хмызенко. -Опубл.10.12.2006

16. Патент РФ № 59141 RU, МПК Е21В43/16 Оборудование для одновременно раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину // В.А. Афанасьев, В.А. Захаров, С.А. Тетерин, И.В. Захаров, А.П. Хмызенко. -Опубл. 10.12.2006

17. Патент РФ № 102961 RU, МПК Е21В43/16 Гребенка для распределения воды по нагнетательным скважинам // В.А. Афанасьев, И.В. Захаров, В.А. Захаров, В.В. Шубин. - Опубл.20.03.2011

18. Патент РФ № 109792 RU, МПК Е21В43/14 Оборудование для одновременно-раздельной добычи нефти из двух пластов // В.А. Афанасьев, И.В. Захаров, С.Н. Матвеев, Р.И. Алеев, Ю.К. Цику. - Опубл.27.10.2011

19. Патент РФ № 118681 RU, МПК Е21В43/14 Оборудование для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов через одну скважину // В.А. Афанасьев, И.В. Захаров, В.А. Захаров, В.В. Шубин, М.Ф. Паличев, Ю.Г. Саранцев, Ю.К. Цику. - 0публ.27.07.2012

20. Патент РФ № 131074 RU, МПК Е21В43/14 Оборудование для эксплуатации и исследования многопластовой скважины // Ю.К. Цику, И.В. Захаров. - 0публ.10.08.2013

/

Соискатель

И.В.Захаров

Издательство «Вектор Бук» Лицензия ЛР № 066721 от 06.07.99 г.

Подписано в печать 25.11.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать Riso. Усл. печ. л. 1,44. Тираж 100 экз. Заказ 142.

Отпечатано с готового набора в типографии издательства «Вектор Бук». Лицензия ПД № 17-0003 от 06.07.2000 г.

625004, г. Тюмень, ул. Володарского, 45. Тел. (3452) 46-54-04,46-90-03.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Захаров, Илья Владимирович, Тюмень

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

(ГюмГНГУ)

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНЫМ ДРЕНИРОВАНИЕМ МНОГОПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

На правах рукописи

ЗАХАРОВ ИЛЬЯ ВЛАДИМИРОВИЧ

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук Грачев С.И.

Тюмень - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................4

1 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОЕКТНЫХ И ФАКТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО РАЗРАБОТКЕ МНОГОПЛАСТОВЫХ ОБЪЕКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ДОБЫЧИ И ЗАКАЧКИ...........................................................................................7

1.1 Обзор развития и современного состояния технологии одновременно-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов........................................................................................................................8

1.2 Анализ направлений развития техники и технологии одновременно-раздельного дренирования и закачки......................................................................15

1.3 Анализ и систематизация оборудования для одновременно-раздельной эксплуатации.........................................................................................18

Выводы по разделу 1:.....................................................................................38

2 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ДВУХ И БОЛЕЕ ПЛАСТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ...................................................................39

2.1 Разработка и обоснование комплекса новых технологических и технических решений одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов....................................................................................39

2.2 Анализ результатов стендовых и промысловых испытаний разработанных технико-технологических решений..............................................70

Выводы по разделу 2:.....................................................................................80

3 РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ДОБЫЧИ НА ОСНОВЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.................................81

3.1 Исследование методики обоснования объединения нефтяных пластов месторождений ОАО «Сургутнефтегаз» в один объект разработки...................81

3.2 Исследование и разработка методики оптимизации режимов эксплуатации добывающих скважин, дренирующих несколько залежей нефти, обеспечивающая повышение технологической эффективности эксплуатации и выработки запасов.....................................................................................................92

3.3 Особенности обоснования выделения сложнопостроенных залежей Р2и1, Р^-э Ненецкого месторождения в один объект разработки......................101

3.4 Обоснование вариантов разработки сложнопостроенных залежей Р2и1, Р^-б Ненецкого месторождения............................................................................108

3.5 Результаты вычислительных экспериментов по оценке влияния оборудования ОРД и ОРЗ на конечное значение КИН.......................................117

3.6 Экономическое обоснование одновременно-раздельной разработки месторождений........................................................................................................124

Выводы по разделу 3:...................................................................................126

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ДОБЫЧИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ»..............................................................................128

4.1 Применения ОРЭ на различных стадиях разработки месторождения с учетом технологических и экономических показателей....................................128

4.2 Анализ результатов внедрения технических и технологических решений одновременно-раздельной закачки воды для системы ППД..............136

4.3 Анализ результатов внедрения технических и технологических решений одновременно-раздельной добычи нефти с двух пластов..................144

Выводы по разделу 4:...................................................................................155

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ........................................157

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...................................158

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Известно, что при реализации экономически привлекательных вариантов разработки низкопродуктивных (гонких) пластов (НИИ) весьма проблемным становится обеспечение эффективного вытеснения нефти и приемлемых дебитов скважин многопластовых месторождений. В то же время скважины высокопродуктивных пластов (ВИИ) работают устойчиво, с проектными дебитами. Вполне логичным представляется вариант эксплуатации НИИ и ВИЛ в условиях одной сетки скважин. Поэтому в нормативно-технических документах на проектирование (Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 537102009 «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Правила проектирования разработки»), а также промышленное внедрение (Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53713-2009 «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Правила разработки») указывается на исследование вариантов применения технологий одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) нескольких пластов. Несмотря на это, на стадии составления первых проектных документов для многопластовых месторождений технико-экономические обоснования разработки совмещенных нефтеносных площадей залежей проводятся в недостаточных объемах. Как следствие, недропользователи планируют лишь опытно-промысловые работы по апробации технологий ОРЭ на единичных скважинах или локальных участках.

Эффективное управление одновременно-раздельным дренированием позволяет решать следующие задачи:

- приобщение пластов с низкорентабельными и непромышленными запасами;

- повышение депрессии в скважинах;

- сокращение фонда периодически работающих скважин;

- интенсификация системы разработки низкопродуктивных пластов путем уплотнения сетки за счет использования скважин других пластов;

- выравнивание профиля вытеснения нефти водой в пластах;

- зональное увеличение пластового давления на участках, где это необходимо;

- снятие проблемы штудирования нагнетательных скважин и переход от штатных систем ППД к циклическим или импульсным.

Это предопределяет актуальность исследования и разработки технико-технологических методов одновременно-раздельного дренирования многопластовых месторождений.

Цель работы

Повышение эффективности выработки запасов нефти многопластовых месторождений путем разработки и внедрения комплекса технологических и технических решений, обеспечивающих одновременно-раздельное дренирование нескольких продуктивных пластов.

Основные задачи исследования

1. Анализ результатов внедрения проектных решений по разработке многопластовых объектов с применением технологии одновременно-раздельной добычи (ОРД) и закачки (ОРЗ).

2. Разработка технических средств для регулирования процесса разработки двух и более пластов одной скважиной.

3. Разработка методических подходов к управлению одновременно-раздельной добычей и закачкой на многопластовых месторождения.

4. Промысловая апробация технологии одновременно-раздельной добычи и закачки на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

Объект и предмет исследования

Объектом исследования является объект разработки, включающий несколько гидродинамически-изолированных залежей нефти, а предметом -скважина, дренирующая специальным оборудованием несколько продуктивных пластов на разных 1_ехполо1 ических режимах.

Научная новизна выполненной работы

1. Разработаны методические подходы к обоснованию граничных пределов применения технологии одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) на основе геолого-физических и технико-экономических критериев.

2. Доказана зависимость технологических показателей разработки от применения техноло1 ии ОРЭ на основе вычислительных экспериментов, поставленных на цифровой филы рационной модели.

3. Разработана методика оптимизации режимов эксплуатации добывающих скважин, дренирующих несколько залежей нефти, обеспечивающая повышение технологической эффективности эксплуатации и выработки запасов.

Практическая ценность и реализация

1. Разработанное оборудование обеспечивает эксплуатацию нижнего низкопродуктивного пласта штанговым насосом и высокопродуктивного верхнего пласта электроцентробежным насосом на скважине Восточно-Сургутского месторождения ОАО «Сургутнефтегаз».

2. Внедрение разработанных методических подходов и оборудования для одновременно-раздельной добычи на многопластовых месторождениях позволило увеличить дебиты скважин, эксплуатирующих несколько продуктивных пластов, в среднем на 5 т/сут, и повысить уровень добычи нефти Восточно-Сургутского месторождения за 2012 г. на 11,6 тыс.т.

Основные защищаемые положения

1. Методика применения ОРЭ на различных стадиях разработки месторождения с учетом технологических и экономических показателей;

2. Классификация технических решений технологии ОРЭ по способу определения парамечров обьектов разработки и методика подбора оборудования, предла1 аемая на её основе;

3. Система практических рекомендаций по применению технических средств для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов Восточно-Сургутского месторождения.

1 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОЕКТНЫХ И ФАКТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО РАЗРАБОТКЕ МНОГОПЛАСТОВЫХ ОБЪЕКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ДОБЫЧИ И ЗАКАЧКИ

В опубликованной в 1965 г. брошюре «Большая нефть Тюмени» [1] председатель Госкомитета нефтедобывающей промышленности при Госплане СССР Н.К. Байбаков писал: «Важным техническим мероприятием, резко сокращающим расходы средств и материалов на бурение и эксплуатацию нефтяных и газовых скважин, является одновременный раздельный отбор нефти или газа из нескольких пластов в одной скважине, а также одновременная раздельная закачка воды в несколько нефтяных пластов через одну скважину. Этот способ эксплуатации нашел широкое применение в зарубежной практике. В нашей стране он не получил широкого распространения, хотя этим вопросом наши специалисты занимаются уже много лет. В Соединенных Штатах Америки ежегодно вводится в эксплуатацию 2,5 - 3 тысячи новых скважин с одновременным раздельным отбором нефти или газа из нескольких пластов в одной скважине». [1]

Спустя почти полвека актуальность проблемы ускоренного и массового внедрения оборудования ОРЭ нисколько не снизилась, а наоборот - в условиях рыночной экономики даже выросла. Большой вклад в развитие техники и технологии ОРЭ внесли Афанасьев В.А. [2], Афанасьев И.С. [3], Базив В.Ф. [4], Башиев Б.Т. [5], Барышников A.B. [6,71, Белоус В.Б. [8], Блинов А.Ф.[9-10], Давиташвили Г.И. [131, Валеев М.Д. ¡14,15], Гарипов О.М. [16,17], Грайфер В.И. [18]., Грачев С.И. [19], Дияшев P.M. [20-23], Долматов М.Ю. [24], Донков П.В. [25], Закиров С.Н. [26], Ефимов Е.П. [27], Ибрагимов Н.Г. [28], Ивановский В.Н. [29], Каналин В.Г. [30], Красиков A.A., [31], Леонов В.А. [32,33], Максутов P.A. [34], Сазонов Ь.Ф. [35], Саттаров М.М. [36], Сорокин A.B. [37], Тавлуй И.В. [38], Тарифов K.M. [39], Федоров В.Н. [40,41], Хисамов P.C. [42], Шаисламов Ш.Г. [43], Шарифов М.З. [44], Янтурин P.A. [45], Яртиев А.Ф. [46] и другие. Что же мешает нефтяным компаниям в России более активно заниматься развитием этого перспективного направления?

1.1 Обзор развития и современного состояния технологии одновременно-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов

Одна из задач диссертационного исследования - определение основных проблем, препятствующих массовому применению ОРЭ на нефтяных промыслах России, разработка рекомендаций по их решению.

В последнее время интерес нефтяных компаний к внедрению оборудования для одновременно-раздельной разработки (ОРЭ) пластов на многопластовых нефтяных месторождениях значительно возрос.

Что обусловлено выходом предприятий на сложнопостроенные низкопродуктивные залежи, разработка которых самостоятельными сетками скважин убыточна. В этом случае применение оборудования ОРЭ может обеспечить приемлемые финансовые затраты на освоения разработки многопластовых месторождений [2].

В России в наибольших объемах технологии ОРЭ внедряются на промыслах Татарстана. На сегодняшний день число скважин, оборудованных компоновками ОРЭ, приближается здесь к 1000, а количество скважин, переведенных на ОРЭ в 2011 г. - 241 [2]. В Западной Сибири в максимальных объемах указанное оборудование (в подавляющем большинстве скважин это компоновки ОРЗ) освоено на Приобском месторождении. Судя по данным работ [4, 5, 6], в 2012 г. количество нагнетательных скважин, оснащенных ОРЗ, в сумме превысит здесь 700 - 750.

Одна из причин слабого внедрения ОРЭ - это отсутствие четких геологических критериев («нижних пределов») применения этих технологий.

Другая причина - отсутствие у машиностроительных фирм перспективных оценок суммарных объемов производства оборудования ОРЭ, как по регионам нефтедобычи, так и в целом по стране. В нормативно-технических документах на проектирование (Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53710-2009 «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Правила проектирования разработки»), а также промышленное внедрение ОРЭ (Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53713-2009 «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Правила разрабо i ки») указывается на обязательное исследование вариантов применения технологий одновременно-раздельной добычи нефти и закачки в несколько пластов через одну скважину. Тем не менее, несмотря на наличие этих стандартов, автором представляется

целесообразным разработать также общеотраслевые «Методические рекомендации по проектированию технологий ОРД и ОРЗ на многопластовых нефтяных месторождениях России». В настоящее время при подготовке проектных документов на разработку многопластовых месторождений чаще всего планируют лишь опытно-промысловые работы по апробации технологий ОРЭ на единичных скважинах пли локальных участках. На стадии составления первых проектных документов для многопластовых месторождений технико-экономические исследования по обоснованию применения технологий ОРЭ совмещенных нефтеносных площадей залежей проводятся в недостаточных объемах.

Принципиально важно отметить, что с помощью оборудования ОРЭ можно рентабельно вовлечь в разработку большие запасы нефти, содержащиеся в низкопродуктивных (тонких) пластах (НЛП) на многопластовых месторождениях без бурения дополнительных скважин. По результатам трехмерного моделирования общеизвестно, что при реализации на НЛП экономически привлекательных вариантов разработки (т. е. с разреженными сетками) весьма проблемными становятся вопросы обеспечения эффективного вытеснения нефти, приемлемых дебитов скважин, передачи энергии в пласте от нагнетательных скважин к добывающим и т. п. Несмотря на проведение ГРП при освоении скважин из бурения, через несколько месяцев в зоне питания добывающих скважин обычно отмечается падение пластового давления и, как следствие, снижение дебитов. Часть скважин приходится переводить на периодическую (низкорентабельную) эксплуатацию с малыми дебитами. В то же время высокопродуктивные пласты (Bill!) этих же месторождений работают устойчиво, с проектными дебитами. Вполне логичным представляется вариант объединения потенциалов НГТП и ВПП в условиях одной сетки скважин с помощью оборудования ОРЭ.

В последние годы на нефтяных месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» проводит массовое бурение скважин на глубокозалегающий низкопроницаемый пласт ЮС2, с транзитным вскрытием верхних разрабатываемых ВПП. В этом случае транзитные пласты детально изучаются на предмет нахождения в них рентабельных остаточных извлекаемых запасов нефти. В случае обнаружения таких запасов с помощью оборудования ОРЭ можно вовлечь эти запасы в активную разработку. Достаточно перспективным является добуривание забоев и вскрытие пласта ЮС2 перфорацией в бездефектных стволах верхних пластов, обеспечивая за счет ОРЭ необходимую, достаточно высокую плотность сетки

скважин. Кстати, «раннее» вскрытие пласта ЮС2 скважинами верхних объектов позволило бы обеспечить его доразведку еще в 90-е годы XX века. Но в тот период существовали большие проблемы со скважинным насосным оборудованием для ОРД.

Как было указано выше, для успешной разработки НЛП необходимы жесткие системы воздействия, плотные сетки размещения скважин и т. п. Только в этих условиях можно обеспечить эффективное вытеснение нефти. Подобный результат наблюдается, например, при выборе плотности сетки для низкопроницаемого (5-10 мД) пласта ЮС2 Среднего Приобья. Аналогичная ситуация отмечается и по многим НПП на других месторождениях ЗападноСибирского региона. Однако реализация подобных систем требует высоких материальных затрат. На практике для снижения убытков при разработке НПП нередко («волевым решением») производственные затраты сокращают в ущерб обеспечению запрое�