Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности системы заводнения нефтяных месторождений в условиях техногенного трещинообразования и гидродинамической структурной неоднородности

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности системы заводнения нефтяных месторождений в условиях техногенного трещинообразования и гидродинамической структурной неоднородности"

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

Научный руководитель - доктор технических наук

Стрекалов Александр Владимирович

Официальные оппоненты: - Михайлов Николай Нилович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина», профессор кафедры; - Пуртова Инна Петровна, кандидат технических наук, ФГУП «Западно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии и геофизики» (ФГУП «ЗапСибНИИГГ»), заместитель генерального директора Ведущая организация - Открытое акционерное общество «Сибирский

научно — исследовательский институт нефтяной промышленности» (ОАО «СибНИИНП»).

Защита состоится 25 декабря 2013 года в 14.00 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 25 ноября 2013 года.

Ученый секретарь /

диссертационного совета, / Аксенова Наталья

кандидат технических наук, доцент ОФ^д Александровна

ных трещин, сопровождающих разработку месторождений с применением заводнения.

2. Технология адаптации системы заводнения, основанная на прогнозируемой динамической сети трещин и перемещении зон нагнетания на периферию трещинной структуры с одновременным дренированием зон между ветвями сети трещин.

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» и пункту 5 «Научные основы компьютерных технологий проектирования, исследования, эксплуатации, контроля и управления при-родно-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 на: IV Конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, 2005); Ш-м Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» ОАО «ВНИИнефть» - Москва, 2011; Научно-практической конференции «Современные вызовы при разработке и обустройстве месторождений нефти и газа Сибири» (ОАО «ТомскНИПИнефть», Томск, 2011); УН-й Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 100-летию Байбакова Николая Константиновича (Тюмень, 2011); научно-техническом совете ООО «ТНК-Нягань» (Нягань, 2011); семинарах кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» ТюмГНГУ (Тюмень, 2011-2013 гг.).

Публикации

По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 10 печатных работах, из них 4 статьи в изданиях, включенных в «Перечень российских рецензируемых научных журналов» ВАК РФ.

Объем и структура работы

Работа состоит из введения, четырех разделов, содержит 89 рисунков, 12 таблиц, 47 формул. Работа изложена на 155 страницах. Список литературы содержит 98 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе проведен критический анализ работ по проектированию, эксплуатации, контролю и управлению природно-техногенных систем извлечения углеводородов. В направлении адаптации систем заводнения и разработки известен ряд работ С.Н. Закирова, С.А. Кундина, И.Ф. Куранова, В.Д. Лысенко. Их анализ показал необходимость изучения проблемы прогнозирования техногенного трещинообразования вследствие работы систем заводнения (работы И.И. Вафина, JI.M. Кочеткова, A.B. Кузнецова, А.Р. Латыпова, Р.И. Медведского и др.). Результаты исследований направления развития техногенных трещин Г.Н. Артамонова, Г.А. Борисова, Д.М. Кардымона, И.Д. Латыпова, В.В. Мальцева, А.Н. Никитина, A.C. Трофимова, A.M. Хайдара показали, что они обуславливают эффективность применяемых геолого-технологических мероприятий (ГТМ).

Изучение работ И.П. Пуртовой, М.Ю. Савастьина и A.B. Стрекалова выявило актуальность решения проблем идентификации текущей структурной гидродинамической неоднородности, обусловленной наличием сети трещин. В этой связи проведен анализ научных разработок в области физических и детерминированных математических моделей гидросистем продуктивных пластов (ГПП) и возможности использования их для прогнозирования техногенного трещинообразования. Известно, что в развитии задач и методов моделирования одним из этапов являлось построение физических моделей пластов (Рапопорт, Гиртсма, Перкинс и Коллинз, Редфорд, Ботсет, Карплюс, Н. К. Корсакова, В. И. Пеньковский, М. И. Эпов). Однако, в настоящий момент наиболее эффективными являются математические модели ГПП, применение которых в области разработки месторождений углеводородного сырья изучены отечественными учеными: М.Т. Абасов, Г.И. Баренблатт, К.С. Басниев, A.A. Боксерман, В.Я. Булыгин, С.И. Грачев, К.Н. Джа-лилов, Н.М. Дмитриев, В.М. Ентов, Ю.П. Желтов, И.С. Закиров, A.A. Кочешков, И.Н. Кочина, Б.Б. Лапук, В.М. Максимов, Р.И. Медведский, Г.Д. Розенберг, В.М. Рыжик, А.П. Телков, И.А. Чарный, В.Н. Щелкачев и других исследователей.

Особым направлением в математическом моделировании являются численные детерминированные математические модели ГПП, называемыми гидродинамическими моделями (ГДМ). Из отечественных программных продуктов, реализующих возможности ГДМ широко применяются: Техсхема (В.П. Майер), Т-Navigator (Компания "Rock Flow Dynamics"), TimeZYX (Группа компаний «ТАЙ-МЗИКС»), HydraSym (A.B. Стрекалов). Из зарубежных продуктов наиболее эффективными являются продукты фирм Roxar и Shlumberger: Eclipse, Tempest More.

Основным принципом математического описания ГДМ является разделение объема пластов на элементы («ячейки»), которые обладают различными статическими и динамическими свойствами. Причем в пределах каждого элемента эти свойства считаются одинаковыми. В большинстве моделей к статическим свой-

ствам относятся: пористость, абсолютная проницаемость и др. показатели проводимости. К динамическим свойствам обычно относят скорости, массовые и объемные расходы, давления, температуры, насыщенности, вязкости, плотности и ряд подобных свойств.

Основной причиной снижения точности ГДМ являются погрешности, граничащие с недостоверностью и обусловленные тем, что в большинстве ГДМ (кроме Hydra' Sym) не учитывается образование и развитие сети трещин в процессе разработки месторождения в зависимости от той или иной гидродинамической ситуации и механических свойств коллекторов. Учет самого факта образования трещин так же не достаточен для повышения точности косвенного контроля за разработкой, так как наличие сети трещин в продуктивных пластах оказывает сильнейшее воздействие на перераспределение гидродинамических параметров.

Стрекаловым A.B. впервые была предложена численная ГДМ, позволяющая исследовать процесс образования трещин внутри элементов модели. Однако основным ее недостатком являет учет только ортогональных трещин. Данная работа была взята в качестве прототипа, так как является наиболее близкой к решению поставленных в диссертации задач и дает возможность включения в нее оригинальных разработок — программных блоков.

Во втором разделе рассматриваются вопросы теоретического и математического описания процесса образования трещин и прогнозирования совместной гидродинамики трещин и поровой матрицы с целью решения задачи интеграции в гидродинамический симулятор.

Сделано допущение, что в первом приближении распространение трещин является двумерным (вертикальным) в пределах элемента. Задача геометризации трещины сводится к поиску точек начала и конца отрезка - трещины в пространстве X-Y. Причем любая из пары точек отрезка может находиться на любой из сторон прямоугольника или произвольного выпуклого четырехугольника: проекции элемента на плоскость X-Y. Один конец отрезка - трещины может находиться в центре элемента, т.е. не возможно образование трещин, не выходящих на грани элементов. Для искомого отрезка должно выполняться условие

Ры-Рт >Wi (1)

где Р(а)> Р(ъ) - давления на первом и втором конце отрезка, МПа; L - длина отрезка, м; W- величина критического градиента давления разрыва, МПа/м.

Разрушение породы связано с силовой нагрузкой на ее скелет, вызванной силами внутрипорового трения. При сравнительно небольших градиентах давления при фильтрации между некоторыми поверхностями макроэлементов пласта будет создаваться распределенная нагрузка, выраженная в виде силы равной произведению градиента давления на площадь поверхности, к которой приложена си-

ла умноженная на расстояние между поверхностью приложения силы и поверхностью с некоторым постоянным давлением.

Предполагается, что трещина при прочих равных будет образовываться

Рт~Рт

от точки с наибольшим в

между парой точек с максимальной величинои | ^

точку с наименьшим значением напряжения. Учет данного фактора возможен при решении задачи нелинейного программирования при двумерной геометризации пространства элемента ГДМ: максимизации функции

А (а, Ъ) = , \р°~р*\ тах, (2)

4(ах-Ьх)2 +(ау-Ъу)2

где а — вектор координат точки начала искомого отрезка; Ъ - вектор координат точки конца искомого отрезка; ра, ръ - давления на концах отрезка.

В сочетании с условием (1) получим задачу оптимизации с нелинейным условием:

Я (а, Ъ) = , \р°~р*\ тах

рх-ЬхУ,Нау-Ьу? ■ (3)

Данная задача может быть решена симплекс методом или методом ЬВРСБ, но только для наиболее простых условий: когда у функции (2) имеется один экстремум на всей области определения. В противном случае поиск максимума следует вести с поиском всех экстремумов.

Учитывая ограничения на местоположение концов отрезков задача (3) усложняется выбором множества вариантов при следующих условиях.

1. Учет ранее образованных трещин и распределения давления вдоль их направления: а) положение концов отрезков на линиях трещин и/или на гранях элементов; б) распределения давления, как на гранях, так и на границах трещин.

2. Неодинаковость градиентов разрыва по направлениям главных осей и, как следствие, зависимость градиента разрыва IV от координат точек атлЬ.

На рисунке 1 а представлена топологическая схема определения положения (ориентации) одномерной трещины для случая, когда ячейка не вскрыта скважиной и нет ранее образовавшихся трещин.

В данном случае вид целевой функции соответствует рисунок 2. По сути, рассмотренная выше схема поиска отрезка трещин в двумерном варианте является одним из этапов при поиске геометрии и ориентации трещин. Вследствие того, что функция Р,(а,Ь) явно будет иметь множество минимумов и максимумов различной

высоты, следует полагать, что применение классических градиентных методов решения (3) не будет удовлетворять условиям учета всех возможных вариантов расположения концов трещины.

давления. В итоге для расчета градиентов давлений получим «сплющенный» параллелепипед по выбранной оси сжатия - к, например, рисунок 6. Вдоль отрезков, слагающих пространственный «сплющенный» параллелепипед задается соответствующая функция %(/), которая вычисляется согласно давлениям в углах, наличия точек уже образовавшихся трещин на сжатых гранях. Геометрия трещины и ее ориентация может быть произвольной, поэтому задача построения эпюр давления усложняется тем, что при расчете функций необходимо учитывать наличие

уже образовавшихся трещин и возникших давлений в точках их углов (рисунок 7).

Таким образом, после сжатия всех граней параллелепипеда вдоль каждой из осей системы координат он преобразуется в три субортогональные плоскости (рисунок 8). Необходимость в таком подходе продиктована проблемами выбора наиболее вероятного варианта прохождения трещин. Сжатие граней ячейки по трем осям и построения эпюр давления на отрезках, полученных из граней после сжатия назовем первымэтапом определения (расчета) ориентации трещин.

Решая задачу поиска всех точек, между которыми в каждой субортогональной плоскости (рисунок 8) выполняется условие превышения градиента давления по направлению осей, получим некоторое множество вариантов расположения отрезков трещин.

При дискретизации, т.е. разбиении каждого отрезка, полученного в результате сжатия грани вдоль некоторой оси, возможно рекомбинациями точек находящихся на данных отрезках выбрать те пары, градиент давления между которыми превышает критический. Эту фазу решения будем называть вторым этапом.

При заданных одинаково малых значениях компонентов критического градиента давления на разрыв - 1Ул=И/у=И/2,=0.01 МПаУм и после «второго этапа» все выбранные варианты имеют превышение градиента давления по направлениям осей над критическим градиентов (таблица 1).

Рисунок 7 - Возможное распределение

Рисунок 6 - Пример сжатия граней /=0,1,2,3 вдоль оси 2- к=2

давления вдоль грани при наличии трещины, заканчивающейся на ней

Площадь поперечного сечения в качестве площади фильтрации будет приближенно равна

рехугольная.

Как видно для треугольных трещин фильтрация возможна только по направлению от вершины треугольника к основанию. В предлагаемой модели не учитывается емкостное свойство трещин, т.е. трещины являются только дополнительными проводниками между матрицей одной элемента ГДМ и матрицей другого через смежные грани.

Учитывая малый объем трещин на данном этапе развития моделирования в принципе можно не учитывать приток из матрицы в трещину и наоборот в пределах одного элемента ГДМ.

Для случая (рисунок 10 - б) четырехугольных трещин вышеуказанные формулы остаются прежними и лишаются лишь множителей 1Л и 2.

Важным моментом учета трещин при ГДМ является расчет перетоков между ячейками с присутствием трещин на смежной грани.

Сформулируем основные принципы и допущения при моделировании перетоков между элементами ГДМ, в которых присутствуют трещины. На рисунке 11 показаны схемы возможного присутствия трещин в ячейках при расчете перетоков.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Грачева, Светлана Камиловна, Тюмень

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

_ _ , _ , На правах рукописи

04201 ¿гээъ^б

ГРАЧЕВА СВЕТЛАНА КАМИЛОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАВОДНЕНИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ

Специальность: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и

газовых месторождений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Стрекалов А.В.

Тюмень

-2013

СОДЕРЖАНИЕ

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

РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ И АДАПТАЦИИ СИСТЕМ ЗАВОДНЕНИЯ.........................................................................................................................................9

1.1 .Методы адаптации системы заводнения в условиях неоднородности геологических объектов.......................................................................................................................10

1.2. Косвенный контроль за вытеснением при заводнении с использованием моделей продуктивных пластов.................................................................................................13

1.3. Факторы образования техногенных макротрещин в продуктивных пластах..........................................................................................................................................................16

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1.......................................................................................................33

РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАСТА В УСЛОВИЯХ ОБРАЗОВАНИЯ НЕОРТОГОНАЛЬНЫХ ТРЕЩИН 34

2.1. Математическая модель образования трещин в элементах гидродинамической модели....................................................................................................................................34

2.2. Методика численного решения задачи о выборе пространственной ориентации и геометрии трещины...........................................................................................42

2.2.1. Оценка возможности раскрытия трещин..........................................53

2.3. Гидродинамика пластов с неоднородностью, выраженной в наличии трещин...................................................................................................................................................57

2.3.1. Гидродинамика неортогональных трещин.......................................66

2.3.2. Расчет давлений в углах элементов Г ДМ.........................................68

2.3.3. Перетоки между ячейками с присутствием трещин на смежной

грани.......................................................................................................................................................71

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2.......................................................................................................75

РАЗДЕЛ 3. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ И ДОСТОВЕРНОСТИ НОВОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН 76

3.1. Обоснование предварительной настройки гидродинамической модели для проведения экспериментов..................................................................................................76

3.2. Анализ результатов вычислительных экспериментов 78

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3.......................................................................................................102

РАЗДЕЛ 4. АДАПТАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЗАВОДНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ОБРАЗОВАНИЯ СЕТИ ТРЕЩИН 103

4.1. Анализ работы нагнетательных скважин............................................................104

4.2. Результаты лабораторных исследований флюидов и двухфазной фильтрации в керне....................................................................................................................................112

4.3. Анализ данных гидродинамических исследований........................................118

4.4. Комплексный анализ текущего состояния системы выработки запасов...................................................................................................................................................120

4.4.1. Оценка непроизводительных объемов закачки по результатам ПГИ.........................................................................................................................................................122

4.4.2. Анализ факторов снижения дебита от завышенной обводненности....................................................................................................................................125

4.4.3. Расчет распределенных дебитов жидкости/нефти..........................129

4.4.4. Анализ распределения непроизводительной закачки....................133

4.5. Технология регулирования системы заводнения с учетом техногенных

трещин...................................................................................................................................................136

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4.......................................................................................................144

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 146

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 148

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 149

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Вследствие известных тенденций проектирования обустройства нефтяных месторождений количество нагнетательных скважин существенно меньше количества добывающих, причем они эксплуатируются на первой стадии разработки в режиме отбора. В связи с этими обстоятельствами после второй стадии разработки создаются высокие значения давления нагнетания. Теоретически и экспериментально доказано многими учеными (A.A. Боксерман, Ю.П. Желтов, А.Н. Дмитриевский, С.Н. Закиров, Р.И. Медведский, A.C. Трофимов, И.П. Пурто-ва, A.B. Стрекалов, К.С. Юсупов), что в результате этого формируется сложная динамическая геолого-промысловая система техногенных трещин. Она оказывает сильнейшее воздействие на распределение давлений и скоростей фильтруемых сред и обуславливает эффективность воздействий на продуктивные коллектора теми или иными средствами.

На поздних стадиях разработки месторождений в них остается высокая доля запасов нефти, извлечь которые возможно только при поддержании энергетики пласта и вытеснении подвижных запасов. Следует полагать, что с этой целью наиболее рационально использовать уже сложившиеся инфраструктуры систем заводнения. Ресурсом к повышению их эффективности является изучение причин «лавинообразного обводнения», прекращения поршневого вытеснения и формирования структурной гидродинамической неоднородности продуктивного пласта.

В этой связи необходимо исследование систем количественных представлений о геолого-физических свойствах трещиноватых коллекторов (модель продуктивного пласта) и о процессе извлечения нефти с применением заводнения (модель процесса разработки). Решение вышеизложенных задач проектирования технологий освоения нефтяных месторождений на основе создания математической модели техногенного трещинообразования является актуальной темой.

Цель работы

Повышение эффективности систем заводнения путем обоснования геолого-технологических мероприятий по рациональному дренированию нефтяных пластов с учетом техногенного трещинообразования и развития структурной гидродинамической неоднородности.

Основные задачи исследования

1. Обзор и анализ известных теоретических подходов и методик прогнозирования техногенного образования и развития трещин в продуктивных коллекторах.

2. Разработка физико-математического метода прогнозирования динамического образования и развития трещиноватой неоднородной структуры в продуктивных коллекторах для интеграции с гидродинамическими симуляторами с целью повышения точности прогнозирования показателей разработки.

3. Исследование процесса образования трещин и сопутствующего возникновения гидродинамических структурных неоднородностей в продуктивных коллекторах для определения физической и природной достоверности разработанного метода.

4. Аналитическая оценка и обоснование гидродинамической ситуации Ем-Еговской площади тестированием разработанного метода прогнозирования трещинообразования с целью разработки мероприятий по совершенствованию технологий заводнения и рационального дренирования залежи.

Объект и предмет исследования

Объектом является продуктивные пласты нефтяных месторождений, а предметом - анализ и прогнозирование динамики развития сети трещин в продуктивных коллекторах для учета факторов проявления структурной неоднородности и повышения эффективности системы заводнения.

Научная новизна выполненной работы

1. Выявлен механизм образования техногенных трещин, объединяющий распределение механических свойств коллекторов, напряжений и гидродинамических параметров, вызванные реализуемой системой разработки. Обосновано, что

вертикальные трещины имеют максимальную длину распространения в прикро-вельной и приподошвенной областях коллекторов в отличии от классических представлений о формировании трещин гидравлического разрыва.

2. Доказано, что применение нового метода прогнозирования динамики развития структурной неоднородности позволяет своевременно провести адаптивную коррекцию системы заводнения перемещением зон нагнетания на периферию трещинной структуры с одновременным дренированием зон между "ветвями" («графами») сети трещин.

Практическая ценность и реализация

Заключается в применении разработанного метода прогнозирования динамики развития сети трещин в продуктивных коллекторах различного типа неоднородности с произвольной системой заводнения и обосновании наиболее рациональной системы заводнения, адаптированной под текущие гидродинамические условия.

Научные результаты диссертационной работы вошли в отчет ООО «ТЮМЕНСКИЙ НЕФТЯНОЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР» - «Анализ эффективности системы ПГ1Д. Объект ВК1-3. Красноленинское НТК месторождение.Ем-Еговский+Пальяновский ЛУ» ХМН 01189 НЭ (Договор № 195/ТННЦ-4691/11 от 14.03.2011 г.) и реализованы на исследуемом месторождении.

Основные защищаемые положения

1. Метод и реализующий его алгоритм, интегрированный в гидродинамический симулятор для прогнозирования образования и развития сети неортогональных трещин, сопровождающих разработку месторождений с применением заводнения.

2. Технология адаптации системы заводнения, основанная на прогнозируемой динамической сети трещин и перемещения зон нагнетания на периферию трещинной структуры с одновременным дренированием зон между ветвями сети трещин.

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 (мульти-дисциплинарного) проектирования и мониторинга процессов разработки месторождений углеводородов, эксплуатации подземных хранилищ газа, создаваемых в истощенных месторождениях и водонасыщенных пластах с целью рационального недропользования» 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-техиологических процессов».

Апробация результатов работы

Результаты диссертационной работы и ее основные положения докладывались и обсуждались на: IV Конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, 2005); Ш-м Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» ОАО «Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт им. академика А.П. Крылова» (ОАО «ВНИИнефть») - Москва, 2011; Научно-практической конференции «Современные вызовы при разработке и обустройстве месторождений нефти и газа Сибири» (ОАО «ТомскНИПИнефть», Томск, 2011); УП-й Всероссийской научно-технической конференции посвященной 100-летию Байбакова Николая Константиновича (Тюмень, 2011); научно-техническом совете ООО «ТНК-Нягань» (Нягань, 2011); семинарах кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» ТюмГНГУ (Тюмень, 2011-2013 гг.).

Публикации

По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 10 печатных работах, из них 4 статьи в изданиях, включенных в «Перечень российских рецензируемых научных журналов» ВАК РФ.

Объем и структура работы

Работа состоит из введения, четырех разделов, содержит 89 рисунков, 12 таблиц, 47 формул. Работа изложена на 155 страницах. Список литературы содержит 98 источников.

РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ И АДАПТАЦИИ

СИСТЕМ ЗАВОДНЕНИЯ

В процессе разработки нефтяных месторождений представление о геологическом строении постоянно уточняется и, как следствие, требует постоянного уточнения проектных решений. Это, по сути, входит в группу задач контроля и регулирования разработки месторождений.

Особенно важным фактором при разработке нефтяных месторождений является регулирование процесса вытеснения нефти, который реализуется наиболее энергоемким методом - методом заводнения.

Основным инструментом регулирования системы заводнения является управление режимами нагнетания, т.е. величинами давления нагнетания или объемами нагнетаемой воды. Главной целью изменения «по-скважинных» режимов нагнетания является равномерность продвижения фронта вытеснения на начальных стадиях разработки в поршневом режиме [1] вытеснения и полнота извлечения нефти на поздних стадиях разработки в режиме струйного вытеснения [2].

Естественно в различных текущих условиях выработки запасов и реализуемых системах заводнения (или просто разработки) требуется индивидуальный подход в регулировании нагнетания, который зависит от информативности данных контроля за динамикой распределения нефтенасыщенности, т.е. остаточных к данному моменту запасов нефти.

Однако существует ряд, так называемых, универсальных подходов, которые, по мнению специалистов помогут в любом случае повысить эффективность технологии заводнения. Известны, например, циклическое заводнение или технология «Дискретных закачек» [3]. Циклическое заводнение приемлемо использовать в пластах с высокой неоднородностью. Считается, что данный метод хорошо изучен и не требует дополнительных затрат при его применении. Сущность метода заключается в периодическом изменении давления нагнетания. Тем не менее, при освоении месторождений углеводородного сырья данная технология не дает

существенного эффекта, так как ее внедрение требует знания гидродинамической обстановки, сложившейся в продуктивном пласте. Последнее требует применение высокоэффективных методов контроля за разработкой и использование высокоточных математических моделей.

1.1. Методы адаптации системы заводнения в условиях неоднородности

геологических объектов

Существует две причины, по которым требуется постоянная адаптация системы заводнения в течение всего периода разработки месторождений:

1. Неоднородность продуктивных пластов, причем, как изначальная, так и возникающая в процессе техногенного воздействия;

2. Гидродинамическая обстановка, т.е. уникальное для любого момента времени распределение потоков, давления и масс флюидов в объеме продуктивного пласта.

Адаптацией системы заводнения всегда можно изменить гидродинамическую обстановку в течение определенного времени, тем самым учитывая особенности геологической неоднородности.

Основными методами адаптации системы заводнения являются:

- переход на очаговую систему заводнения;

- периодическое нагнетание;

- перевод скважин под нагнетание или отбор в различные периоды;

- бурение дополнительных нагнетательных скважин;

- реализация автоматических систем регулирования режимов нагнетания;

- методы изоляции продуктивных интервалов заводнения;

- выравнивание профиля приемистости, например, дифференцированием перфорации вдоль продуктивного интервала.

Для выбора того или иного метода всегда требуется знать параметры гидросистемы заводняемого пласта, раскрывающие причины, описанные выше.

В данной работе сделана попытка уточнить представление о взаимосвязи этих двух причин в контексте наиболее сложного вида структурной неоднородности и, как следствие, предложить наиболее эффективный способ адаптации системы заводнения под данные условия. Выполненный обзор литературы показывает, что этому уделялось недостаточно внимания. Например, известны исследования эксплуатации нефтяных залежей со снижением величины пластового давления ниже значения давления насыщения при истощении пласта на режиме растворенного газа с последующим заводнением при постоянном давлении [62, 63, 64]. Кундиным С.А. и Курановым И.Ф. выполнены расчеты на основе известных экспериментальных зависимостей газонасыщенности от начальных фазовых проницаемостей для газо-нефтяных и водо-нефтяных систем при различных содержаниях в пласте свободного газа [64]. Предлагается применять анализируемую технологию площадного заводнения круговых залежей после их истощения при эксплуатации с постоянной депрессией и систему расстановки скважин при которой форма потока близка к радиальной. В работе [65] отмечается, что эксперименты не моделировали специфику структуры продуктивных пластов. Авторы посчитали, что результаты расчетов будут соответствовать натуральным условиям если использовать аналитические методы [66]. Т�