Проблемы разработки высокопродуктивных неоднородных коллекторов

Абилхаиров, Даурен Турганбаевич

Автореферат диссертации по теме "Проблемы разработки высокопродуктивных неоднородных коллекторов"

На правах рукописи

АБИЛХАИРОВ ДАУРЕН ТУРГАНБАЕВИЧ

ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ (на примере меловых отложений месторождения «Кумколь»)

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

.12ЯНВ2И2

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2012

005007089

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Владимиров Игорь Вячеславович

доктор технических наук, профессор Котенев Юрий Алексеевич

Ведущая организация

- кандидат технических наук Макатров Артем Константинович

- Государственное автономное научное учреждение «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов» АН РБ

Защита диссертации состоится 26 января 2012 г. в 900 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 21 декабря 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

чУП

Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Опережающая выработка запасов нефти, сосредоточенных в высокопроницаемых и высокопродуктивных коллекторах, формирование остаточных запасов в низкопроницаемых зонах коллекторов, быстрый рост обводненности и снижение темпов отбора создали необходимость совершенствования применяемых технологий заводнения и нефтевытеснения, так как традиционные подходы снизили свою эффективность. Возрастающие объемы закачиваемой воды с целью интенсификации добычи нефти способствуют существенному изменению термодинамического состояния разрабатываемых залежей. В этих условиях важно сохранить и повысить эффективность действующих систем поддержания пластового давления (ППД). Однако, как показывает практика, осуществление разработки происходит без детального изучения процессов, имеющих место в нефтенасыщенных, частично заводненных коллекторах.

Хорошо известно, что неравномерной выработке запасов нефти способствуют высокая неоднородность поля проницаемости и расчлененность нефтенасыщенных коллекторов, а также неравномерный охват заводнением как по площади, так и по разрезу эксплуатационных объектов. Особенно это затрагивает разработку многопластовых объектов, состоящих из пластов с разными фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС). При вступлении таких объектов в позднюю стадию разработки активное заводнение способствует образованию многочисленных застойных зон, тупиков, слабо вырабатываемых участков и слоев с отличающимися по объемам значениями остаточных запасов нефти и промытых зон. В этих условиях отмечается повышенный объем отбираемой жидкости, что ведет к резкому росту затрат на электроэнергию, транспорт и переработку добываемой продукции. Регулирование объемов закачки воды и отбора жидкости в заключительной стадии разработки и повышение эффективности нефтеизвлечения являются главными проблемами снижения затратной части при добыче нефти. Поэтому задачи создания и применения технологий, позволяющих снизить энергозатратность процесса нефтедобычи, являются актуальными и приоритетными проблемами нефтяной промышленности.

Представленная работа посвящена изучению проблемы совершенствования реализованных систем заводнения существующим фондом скважин и созданию более эффективных технологий нефтеизвлечения.

Цель работы - повышение эффективности выработки запасов нефти из высокопродуктивных неоднородных по проницаемости коллекторов на основе детального изучения происходящих в пластах процессов.

Объекты исследования:

• высокопродуктивные послойно и зональнонеоднородные по проницаемости коллекторы меловых отложений месторождения «Кумколь»;

• неизотермические процессы фильтрации, процессы затухания фильтрации в глинистых коллекторах, межпластовые внутрискважинные перетоки, нестационарные процессы фильтрации, технологии нестационарного заводнения (НЗ).

Для решения поставленной цели были сформулированы основные задачи:

1. Детализация геологического строения горизонтов М1 и М2 месторождения «Кумколь»;

2. Теоретическое исследование на моделях многофазной фильтрации движения пластовых флюидов в послойно неоднородном по проницаемости коллекторе горизонтов М1, М2;

3. Исследование выработки запасов нефти при заводнении двухпластовой системы коллекторов с повышенным содержанием глинистых минералов, обоснование возникновения внутрискважинных перетоков при совместной эксплуатации одновременно вскрытых пластов одной скважиной и рекомендации по совместно-раздельной разработке горизонтов М1 и М2;

4. Исследование влияния охлаждения пласта на фильтрационные потоки жидкости и отсечение части подвижных запасов;

5. Внедрение нестационарного заводнения горизонтов М1 и М2, определение путей совершенствования применяемых технологий НЗ.

Методы решения поставленных задач

Решение поставленных задач основано на использовании современных методов обработки статистической информации по истории разработки месторождения, численном моделировании процессов фильтрации пластовых жидкостей в послойно неоднородном пласте с учетом и без учета затухания фильтрации, обобщении разработанных рекомендаций и проведении промышленных испытаний предлагаемых решений.

Научная новизна результатов работы 1. Исследованы процессы выработки запасов нефти из двухпластовой системы коллекторов в отсутствие и при наличии затухания фильтрации в глиносодержащем пласте. Показано, что образование в области отборов низкопроницаемого пласта зоны повышенной

водонасыщенности за счет перетока воды из заводненного высокопроницаемого пласта в незаводненный низкопроницаемый приводит к снижению фазовой проницаемости для нефти, уменьшению дебита нефти пласта и снижению эффективности разработки двухпластовой системы коллекторов. Затухание фильтрации при наличии в коллекторе низкопроницаемого пласта глинистых минералов приводит к отрезанию глинистого пласта от воздействия как в области закачки, так и в области отборов.

2. Выявлено влияние сезонных колебаний температуры закачиваемой воды на выработку запасов нефти горизонтов М1 и М2 месторождения «Кумколь». Показано, что потери в добыче нефти за счет сезонных колебаний температуры закачиваемой воды по первому эксплуатационному объекту на сегодня составляют 0.416 % от накопленной добычи нефти, или в абсолютных значениях 49.2 тыс. т за весь период разработки.

3. Установлена корреляция между величиной эффекта от циклического воздействия и значением объемов подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора горизонта М1 месторождения «Кумколь». Зависимость показывает, что чем больше объем подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора, тем выше эффект от нестационарного заводнения.

На защиту выносятся:

1. Теоретически обоснованное применение технологий одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) на месторождении «Кумколь», позволяющее повысить эффективность выработки запасов нефти из двухпластовой системы коллекторов в результате более полной выработки запасов нефти из высокопроницаемого пласта при обводненности скважины ниже предельной;

2. Положение о том, что тепловое воздействие от закачиваемой воды температурой Т=100°С является рациональным. При этом эффективность с экономической точки зрения определяется наличием дешевых источников для нагрева воды. Альтернативным источником горячей воды может стать вода с более «горячих» горизонтов, а способ ее закачки в продуктивный пласт -внутрискважинная перекачка;

3. Перспективность обоснованности перевода части высокообводненных добывающих скважин в периодический режим работы, эффективность применения нестационарного режима эксплуатации добывающих скважин в условиях месторождения «Кумколь».

Практическая ценность результатов работы

Результаты, полученные в диссертационной работе, используются при реализации геолого-технических решений в разработке нефтяных залежей, а также в качестве инженерно-технологических методик при обосновании и выборе технологий доразработки. Разработанная инструкция по применению нестационарного заводнения на месторождении «Кумколь» может быть использована при проектировании и прогнозировании эффективности нестационарного воздействия на месторождениях Пермской, Оренбургской областей, Татарстана, Западной Сибири, Казахстана. От внедрения разработанных рекомендаций по нестационарному заводнению в 2011 г. получен технологический эффект в виде дополнительно добытой нефти в размере 14.5 тыс. т.

Достоверность полученных результатов достигнута путем применения современных методов математического моделирования и методов обработки статистической информации с использованием ПЭВМ, анализа и апробации полученных рекомендаций в промысловых условиях.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах НПО «Нефтегазтехнология», УфаНИПИнефть (г. Уфа, 2009-2011 гг.), ТатНИПИнефть (г. Бугульма, 2010 г.), ООО «ЛУКОЙЛ Оверсиз» (г. Москва, 2010-2011 гг.), на XI Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2011 г.).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 научных трудах, в том числе в 2 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 108 наименований. Работа изложена на 142 страницах, содержит 15 таблиц, 68 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам НПО «Нефтегазтехнология» за помощь и полезные советы, высказанные в процессе выполнения диссертационной работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи исследования, обозначены

основные положения, выносимые на защиту, приведены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

Первая глава посвящена аналитическому обзору научно-технической литературы по вопросам строения и проблем разработки высокопродуктивных неоднородных по проницаемости коллекторов.

Вопросы, связанные с осложнениями при разработке нефтяных запежей, возникающими при их заводнении, достаточно полно освещены в научной и научно-технической литературе. Однако зачастую наличие проблемы просто констатируется, при этом не раскрываются причины ее возникновения и не дается количественная оценка влияния проблемы на эффективность нефтеизвлечения. Основными особенностями геологического строения и разработки коллекторов, характеризующими осложнения в разработке нефтяных месторождений при заводнении, являются:

1. Геология и физические свойства:

• высокая послойная и зональная неоднородности проницаемостных свойств коллектора, высокая расчлененность;

• сосредоточенность значительной доли запасов нефти в низкопроницаемых коллекторах;

• высокое содержание глинистого материала в поровом объеме (цемент, прослои, линзы);

• высокое содержание парафинов (от 4 % до 20 %), высокая температура застывания;

2. Технологические особенности разработки:

• изменение солевого состава пластовой воды в результате закачки воды;

• закачка воды с пониженной относительно пластовой температурой;

• совместная разработка и заводнение горизонтов с разными геолого-физическими свойствами и энергетическим состоянием;

• разработка без поддержания пластового давления при снижении Рпл ниже давления насыщения нефти газом.

Представленные в обзоре результаты исследований затрагивают лишь малый круг реальных проблем в разработке нефтяных залежей при заводнении. Тем не менее, даже перечисленные выше проблемы существенно влияют на эффективность выработки запасов нефти. Основная задача исследователей - корректно учесть происходящие в пластах процессы и дать верную оценку каждому фактору, снижающему эффективность заводнения. Только точное представление о природе осложнений, возникающих при заводнении нефтяных пластов, позволит разработать новые технологии и методы, повышающие эффективность традиционного заводнения.

Причины формирования трудноизвлекаемых остаточных запасов нефти определяются физическими условиями течения пластовых флюидов в неоднородном по проницаемости коллекторе. Для извлечения нефти из низкопроницаемого коллектора необходимо создавать больший градиент давления, чем для высокопроницаемого коллектора при всех остальных равных условиях. Это принципиальное положение лежит в основе хорошо известных проблем разработки неоднородных по фильтрационно-емкостным характеристикам коллекторов и определяет причины формирования невырабатываемых зон.

Техногенное воздействие на пласт во многом способствует созданию таких условий в пласте, при которых процессы возникновения застойных недренируемых областей многократно усиливаются. К данному кругу проблем относятся неизотермическое заводнение, приводящее к охлаждению коллектора, изменение солевого состава пластовых вод при закачке пресной воды и связанное с ним изменение ФЕС коллектора и др.

Таким образом, проведенный анализ научной и научно-технической литературы показал, что задачи дальнейших теоретических исследований процессов, происходящих в коллекторе, проведения промысловых работ по совершенствованию и созданию новых технологий, повышающих эффективность заводнения и снижающих отрицательный эффект от техногенного воздействия, остаются актуальными.

Существующие теоретические подходы к исследованиям процессов фильтрации при активном техногенном воздействии необходимо развить далее и применить к конкретным нефтяным залежам. В качестве объекта исследований диссертационной работы выбраны горизонты меловых отложений месторождения «Кумколь», отличающиеся высокой продуктивностью и значительной неоднородностью поля проницаемости коллектора. Все описанные в обзоре проблемы разработки высокопродуктивных неоднородных коллекторов в полной мере характерны для горизонтов первого эксплуатационного объекта.

Во второй главе рассмотрены особенности геологического строения и разработки первого эксплуатационного объекта месторождения «Кумколь». Залежь представлена двумя продуктивными нефтенасыщенными горизонтами М1 и М2.

На месторождении «Кумколь» первый эксплуатационный объект занимает второе место по величине начальных геологических запасов нефти, имеет самый высокий коэффициент извлечения нефти

(КИН) (0.626 д.ед. в чистой нефтяной зоне (ЧНЗ) и 0.571 д.ед. в водонефтяной зоне (ВНЗ)) и обладает наибольшей плотностью текущих подвижных запасов нефти. В настоящее время в виду высокой неоднородности проницаемостных свойств коллектора, неравномерности сетки действующих нагнетательных и добывающих скважин значительные запасы нефти объекта сосредоточены в низкопроницаемых прослоях, тупиковых и слабо дренируемых зонах пластов, в частично заводненных областях коллектора.

С целью адресного воздействия на текущие запасы нефти залежи была проведена детализация строения залежей нефти и определены структуры запасов нефти продуктивных горизонтов первого эксплуатационного объекта месторождения «Кумколь».

Распределение геологических запасов горизонта М1 по послойной неоднородности проницаемостных свойств коллектора и глинистости представлено на рисунке 1. В целом, более 50 % запасов нефти горизонта сосредоточено в коллекторах с высокой проницаемостью. Вместе с тем, высокая проницаемость коллектора сопровождается высокими значениями послойной неоднородности проницаемостных свойств коллектора. Только менее 9 % всех геологических запасов нефти горизонта сосредоточено в относительно однородных коллекторах. Более 40 % запасов расположено в коллекторах с сильной послойной неоднородностью проницаемости, а более 28 % - в коллекторах, в которых одновременно присутствуют слои, отличающиеся по величине проницаемости в тысячи раз.

Хорошо известно, что глинистость коллектора накладывает ряд ограничений, и прежде всего на систему ППД. Коллекторы горизонта М1 характеризуются высоким содержанием глинистого материала. Более 17 % запасов нефти сосредоточено в высоко глинистых коллекторах, почти 80 % - в глинистых. В составе глинистого материала коллектора присутствуют минералы монтмориллонитового состава.

Особенности строения нефтенасыщенных коллекторов позволяют предположить, что опережающая выработка будет происходить из пропластков повышенной проницаемости, а остаточные запасы нефти будут сосредоточены в низкопроницаемых прослоях. В связи с этим особое значение принимают карты плотности геологических и подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора.

На рисунке 2 приведен фрагмент карты плотности геологических запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора горизонта М1 месторождения «Кумколь». Данные карты позволяют установить области коллектора, в которых извлечение

У

и.

О Ц

О о

к Ц

о ч

интервалы изменения послойной неоднородности проницаемости интервалы изменения глинистости

коллектора, отн.ед коллектора,%

а) б)

Рисунок 1 - Распределение геологических запасов нефти горизонта М1 по интервалам изменения послойной неоднородности проницаемостных свойств (а) и глинистости коллектора (б)

нефти традиционным заводнением неэффективно. Эти зоны горизонтов необходимо разрабатывать с применением методов увеличения нефтеотдачи (МУН), позволяющих изменить направление потока. К таким технологиям относятся как гидродинамические (нестационарное заводнение, изменение направлений фильтрационных потоков), так и различного рода физико-химические потокоотклоняющие технологии. Кроме того, величины плотности подвижных запасов нефти позволяют оценить прогнозируемый технологический эффект от планируемых геолого-технических мероприятий (ГТМ).

Рисунок 2 — Фрагмент карты плотности геологических запасов нефти,

сосредоточенных в

низкопроницаемых прослоях коллектора горизонта М1 месторождения «Кумколь»

Плотность геологических запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора, тыс.т/га

Расчеты показывают, что при стационарном заводнении горизонтов М1 и М2 вне действия системы разработки остаются значительные запасы нефти, сосредоточенные в низкопроницаемых прослоях коллектора, - 14 % от всех начальных подвижных запасов и 15 % от всех начальных геологических запасов нефти.

Одними из осложняющих выработку запасов нефти эксплуатируемого объекта особенностей являются высокая начальная пластовая температура и высокое содержание парафинов в нефти. Все это делает процесс нефтеизвлечения чувствительным к температуре закачиваемого агента.

Таким образом, выработка запасов нефти эксплуатационного объекта осложняется следующими факторами: высокой неоднородностью поля проницаемости коллектора, содержанием разбухающих глинистых минералов в коллекторе горизонтов, высоким содержанием парафинов и асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в пластовой нефти. Все эти свойства определили текущее состояние разработки объекта.

Анализируя эффективность действующей системы ППД можно отметить, что в настоящее время увеличение закачки воды не приводит к увеличению отборов нефти. Более того, отмечается резкое снижение удельных годовых отборов нефти (т.е. добычи нефти на одну скважину действующего фонда) при увеличении годовой удельной закачки воды (т.е. закачки воды на одну нагнетательную скважину действующего фонда). На рисунке 3 показано, что если в левой половине графика наблюдается тенденция роста удельной добычи нефти при росте удельной закачки воды, то в правой половине отмечается резкое падение удельной добычи нефти с ростом интенсивности закачки воды.

15 -

Рисунок 3 - Зависимость удельной добычи нефти первого эксплуатационного объекта месторождения

«Кумколь» от удельной закачки воды

О 50 100 150 200

удельная закачка воды, тыс.м3/скв.

Устойчивая тенденция падения дебита нефти, рост обводненности и снижение эффективности системы ППД связаны с

особенностями геологического строения первого объекта разработки месторождения «Кумколь». Это, прежде всего, высокая неоднородность проницаемостных свойств коллекторов резервуара. Высокая обводненность указывает на практически полную выработку запасов нефти высокопроницаемых прослоев. При этом значительные запасы нефти сосредоточены в низкопроницаемых интервалах пластов. Складывается ситуация, когда доля трудноизвлекаемых запасов нефти становится доминирующей в структуре запасов нефти месторождения, а сам объект переходит в категорию «проблемных».

Анализ выработки запасов нефти из первого эксплуатационного объекта месторождения показывает, что на 01.04.2010 г. текущий КИН составляет 0.330 д.ед. при обводненности добываемой продукции 91 %. Отбор начальных извлекаемых запасов (НИЗ) - 56 %. В зоне дренажа действующей системы разработки находится 61.6% от утвержденных НИЗ. Тренд зависимости текущего КИН от текущей обводненности показывает, что при предельной обводненности утвержденный КИН не будет достигнут (рисунок 4).

Рисунок 4 - Зависимости текущего КИН и доли НИЗ, введенных в разработку, от текущей обводненности добываемой продукции для первого эксплуатационного объекта месторождения «Кумколь»

подвижных запасов нефти продуктивных горизонтов наглядно демонстрируют сосредоточение текущих запасов нефти в низкопроницаемых прослоях коллектора.

Насущными задачами становятся выяснение причин низкой выработки запасов нефти при высокой текущей обводненности и определение стратегии доразработки объекта.

В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с теоретическими исследованиями фильтрации пластовых флюидов в двухпластовых системах коллекторов с повышенным содержанием глинистых минералов. Сама задача связана с практикой совместной разработки двух разнородных по ФЕС горизонтов М1 и М2 единой

Обводненность, %

Построенные карты текущих

Рисунок 5 - Профильная модель двухпластовой системы коллекторов

(цветом показано поле водонасыщенности коллектора, черными изолиниями - поле давления)

Водонасыщенность, д.ед.

ВЯШМ^.-г-':--! I

О 0.2 0.4 0.6 0.8

Были рассмотрены следующие варианты задачи. В качестве базового варианта задачи рассмотрен идеализированный случай, когда пласты полностью не имеют гидродинамической связи, т.е. даже в стволе добывающей скважины работа одного из пластов не влияет на другой. Первый вариант соответствовал случаю, когда высокопроницаемый и низкопроницаемый пласты разрабатываются в условиях поддержания пластового давления с постоянным забойным давлением в нагнетательной скважине и с переменным забойным давлением в добывающей скважине, которое определялось притоком жидкости из высокопроницаемого пласта. Второй и третий варианты задачи рассчитывались на основе первого (возникновение межпластового внутрискважинного перетока) с учетом полного (второй вариант) и неполного (третий вариант) затухания фильтрации в глинистом низкопроницаемом пласте при попадании в него воды.

Критерием прекращения моделирования является достижение предельной обводненности 95 %. По базовому варианту задачи

сеткой скважин. Коллекторы горизонтов отличаются по средней проницаемости, глинистости.

Для определения возможных количественных потерь запасов нефти за счет совместной разработки низкопроницаемого глинистого (пласт 2) и высокопроницаемого неглинистого (пласт 1) пластов была проведена серия численных расчетов. В расчетах применялась простая профильная гидродинамическая модель двухпластовой системы с пластами (рисунок 5), проницаемости которых отличаются по величине, позволяющая моделировать процесс возникновения внутрискважинного межпластового перетока и влияние его на выработку запасов нефти одного из пластов, коллектор

продукция пластов поступает в ствол скважины независимо. При этом из пласта 1 идет обводненная нефть, а из пласта 2 - безводная. При достижении обводненности скважиной продукции в 95 % обводненность жидкости из пласта 1 составляет 97.4 %, т.е. выработка запасов из пласта 1 будет более полной. В первом варианте задачи при повышении давления в области отборов в пласте 1 возникает переток обводненной жидкости в пласт 2. По истечении некоторого времени поток жидкости в призабойную зону (ГО) пласта 2 меняет свое направление, и большая часть воды, перетекшей из пласта 1 в пласт 2, поступает в ствол скважины. Однако часть воды остается в коллекторе пласта 2, что снижает фазовую проницаемость по нефти. Это приводит к уменьшению дебита нефти из пласта 2, поэтому при достижении предельной обводненности скважиной продукции в 95 % обводненность жидкости, поступающей из пласта 1, составляет меньшее, чем в базовом варианте, значение - 96.7 %. Другими словами, выработка пласта 1 по первому варианту задачи ниже, чем в базовом случае (рисунок 6).

140

120 -

—третей —-второй — первый базовый

20 ■

400

|

800 время, сут

0.45

0.4

0.35

й 0.3

I 0.25

0.2

3

0.15

0.1

0.05

0

1200

1600

0.2 0.4 0.6 0.8 обводненность, д.ед.

а)

б)

а) динамика накопленных отборов нефти из низкопроницаемого глинистого пласта 2;

б) зависимости текущего КИН от текущей обводненности добываемой продукции скважины для разных вариантов задачи

Рисунок 6 - Выработка пласта 2 по различным вариантам задачи

Накопленная добыча нефти из пласта 1 по второму и третьему вариантам наименьшая, т.к. при заводнении глинистого пласта происходит снижение проницаемости коллектора в области закачки, что

препятствует проникновению воды в пласт. Пластовое давление пласта 2 снижается вплоть до забойного давления (вариант 2). В начале обводнения возникает внутрискважинный межпластовый переток обводненной жидкости из пласта 1 в пласт 2. Попадание воды в глинистый коллектор пласта 2 в области отборов приводит к снижению его проницаемости вплоть до полного затухания фильтрации (вариант 2). В результате этого жидкость из пласта 2 не поступает (вариант 2), или в пласт 2 продолжает поступать жидкость из ствола скважины, что частично восстанавливает его пластовое давление (вариант 3) (рисунок 6, б). Так как притока нефти из пласта 2 не происходит, то при достижении обводненности пласта 1 в 95 % выработка запасов нефти прекращается.

Таким образом, при разработке единым фильтром двух пластов с разными фильтрационно-емкостными свойствами возможно возникновение условий для внутрискважинного межпластового перетока жидкости из высокопроницаемого пласта в низкопроницаемый. Образование в области отборов низкопроницаемого пласта зоны повышенной водонасыщенности за счет перетока воды из заводненного высокопроницаемого пласта в незаводненный низкопроницаемый приводит к снижению эффективности разработки двухпластовой системы коллекторов.

Затухание фильтрации при наличии в коллекторе глинистых минералов в случае возникновения внутрискважинного межпластового перетока жидкости приводит к отрезанию глинистого пласта от воздействия как в области закачки, так и в области отборов. При полном затухании фильтрации глинистый пласт к моменту достижения скважинной продукцией предельной обводненности остается практически невыработанным, при этом пластовое давление близко к забойному давлению добывающей скважины. При неполном затухании фильтрации происходит переток части нефти из высокопроницаемого пласта в низкопроницаемый, что приводит к снижению скважинных накопленных отборов нефти. При этом давление в низкопроницаемом глинистом пласте восстанавливается частично или полностью.

Для повышения эффективности выработки запасов нефти из двухпластовой системы коллекторов необходимо применение технологии ОРЭ, которая позволяет более полно выработать запасы нефти из высокопроницаемого пласта при обводненности скважины ниже предельной.

Рассмотрены процессы возникновения внутрискважинных межпластовых перетоков в условиях разработки горизонтов М1 и М2 месторождения «Кумколь». Выявлены скважины с вероятным межпластовым внутрискважинным перетоком. Даны рекомендации по разобщению горизонтов за счет применения технологии ОРЭ.

В четвертой главе рассмотрены вопросы неизотермической фильтрации в коллекторах горизонтов М1 и М2. Согласно данным промысловых замеров, средняя пластовая температура в области отбора снизилась на 5°. В настоящее время на месторождении «Кумколь» в качестве закачиваемого агента используется подтоварная вода, поступающая после подготовки нефти в подогретом состоянии. По данным замеров устьевых температур закачиваемой воды по нагнетательным скважинам, температура закачиваемой воды очень чувствительна к погодным условиям и может снижаться до 20 °С для удаленных от кустовых насосных станций скважин. Влияние изменения температуры пласта на добычу нефти при закачке в пласт холодной воды исследуем на примере гидродинамической модели горизонтов М1 и М2 месторождения «Кумколь».

На геолого-технологической модели пластов М1 и М2 месторождения «Кумколь», построенной с помощью гидродинамического симулятора Eclipse фирмы Schlumberger, было рассмотрено изменение температурного поля коллектора горизонта М1, связанное с сезонными колебаниями температуры закачиваемой воды. При расчетах были приняты значения температуры закачиваемой воды, соответствующие замеренным в летнее время; в зимнее время значения температуры снижаются от замеренных значений на 20°.

Рассмотрены два варианта: первый - изотермическое заводнение с постоянной температурой закачиваемой воды, равной начальной пластовой температуре 49 °С, второй - неизотермическое заводнение с сезонным колебанием температуры закачиваемой воды. На картах пластовой температуры хорошо видно прогрессирующее распространение зон пониженной относительно первоначальной температуры коллектора. Сравнивая значения накопленной добычи нефти для вариантов заводнения можно отметить следующее (рисунок 7). Потери в добыче нефти в целом по первому эксплуатационному объекту за счет неизотермичности заводнения при сезонном колебании температуры закачиваемой воды составили на конец 2010 года 49.2 тыс. т. На конец прогнозного периода (01.01.2020 г.) эта цифра составит 54.3 тыс. т. В доли накопленной добычи нефти по первому эксплуатационному объекту потери добычи нефти за счет сезонного колебания поля температуры коллектора составили на конец 2010 года 0.416 %, на конец прогноза - 0.401 %. Отметим, что основные потери в добыче нефти происходят после кратного возрастания объемов закачиваемой воды (рисунок 7). Казалось бы, это незначительная величина. Но необходимо отметить следующее.

1. Ограничение модели. Применяемый симулятор позволяет оценить потери в добыче нефти только за счет изменения вязкостных свойств пластовых флюидов. За рамками модели остаются такие

важные процессы, как выпадение в коллекторе твердой фазы (АСПО) при снижении пластовой температуры и связанные с этим изменения фильтрационно-емкостных свойств продуктивных пластов. Согласно приведенным в ряде работ исследованиям, потери в добыче нефти при этом могут возрасти кратно.

2. В модели при прогнозе заложено предположение о постоянстве уровней закачки. В реалиях объемы нагнетаемой воды могут увеличиваться при реализации различных методов интенсификации добычи нефти. Как было показано, увеличение объемов нагнетаемой воды приводит к росту потерь добычи нефти за счет сезонного изменения поля температуры коллектора.

3. Согласно данным разных исследований, основные эффекты, связанные с охлаждением пласта, наблюдаются при обводненности добываемой продукции выше 90...95 %. В настоящее время обводненность скважин первого эксплуатационного объекта достигла этой отметки, что позволяет говорить об охлаждении пластов как о насущной проблеме.

о р

т С

3 о

ю X

о -

"1

° а

а- £

а> 5

5 з

с •

^ "

л о

X т

60000

50000

40000

к

5

I 30000

ч

о

3 20000

о

о £ ¡§■1 X о

10000

л > +

ак ач ка / * Т

/

Л

У

до

9000

о

8000 = и

7000 (Ё 6000 | 5000 "

га

4000 х

(О

3000 I 2000 |

юоо * р

о

& С»

о о см

со о см

о о см

о см

8

ессссесссссс силгасосогосптосйгатош

месяц, год

Рисунок 7 - Динамика текущей закачки воды и накопленных потерь добычи нефти за счет сезонного изменения поля температур коллектора первого эксплуатационного объекта месторождения «Кумколь»

Для решения проблем, связанных с неизотермической фильтрацией, возможен комплекс мероприятий. В частности, можно предложить следующее:

1. Снизить потери тепла в водоводах в холодное время года за счет их теплоизоляции;

2. Установить на устьях «проблемных» нагнетательных скважин устройства для подогрева нагнетаемой воды в холодное время года. При этом достаточно подогревать закачиваемую воду до начальной пластовой температуры или незначительно превысить ее;

3. Изменить систему водоснабжения «проблемных» нагнетательных скважин за счет организации внутрискважинной закачки воды с более «горячих» горизонтов при условии совместимости вод;

4. Организовать цикличность закачки воды в «проблемные» скважины таким образом, чтобы максимальные объемы воды закачивались через эти скважины в теплое время года, а минимальные - в холодное время.

В работе рассмотрен один из вариантов теплового воздействия на пласт, предусматривающий установку устьевого парогенератора на нагнетательные скважины №№ 1074 и 1273 для закачки подогретой воды на участке залежи горизонта М1. Показано, что тепловое воздействие от закачиваемой воды температурой Т = 100 °С является эффективным, однако величина эффекта незначительна и не оправдывает затраты на газ для подогрева воды. Тепловое воздействие будет эффективным с экономической точки зрения при наличии дешевых источников горячей воды. Альтернативным источником горячей воды может стать вода с более «горячих» горизонтов, а способ ее закачки в продуктивный пласт - внутрискважинная перекачка.

В пятой главе рассмотрены результаты применения технологии нестационарного воздействия на нефтенасыщенные коллекторы горизонтов М1 и М2 месторождения «Кумколь». Приведенный на рисунке 2 фрагмент карты плотности геологических и подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора, указывает на наличие значительных по площади областей, где применение традиционного заводнения малоэффективно. Согласно проведенным расчетам, в невырабатываемых прослоях коллектора горизонта М1 содержится 15 % всех геологических запасов горизонта и почти 14 % его подвижных запасов. Для горизонта М2 эти цифры скромнее - 7.5 % геологических и 6.6 % подвижных запасов нефти.

Для повышения эффективности процесса заводнения неоднородных коллекторов горизонтов М1 и М2 на месторождении «Кумколь» применяется упруго-капиллярный циклический метод разработки (нестационарное заводнение). С участием автора для проведения опытно-промышленных работ (ОПР) по нестационарному воздействию был выбран участок первого эксплуатационного объекта для организации нестационарного заводнения (рисунок 8).

Рисунок 8 — Фрагмент карты текущих подвижных запасов нефти горизонта М1 с нанесенной границей участка циклического воздействия

В качестве критериев выбора участка для ОПР по нестационарному заводнению применялись следующие:

1. Сформированная система разработки с организованной системой ППД;

2. Выработка запасов существенно отстает от обводненности (более чем на 10 %);

3. Имеются значительные остаточные извлекаемые запасы нефти (более 50 тыс. т на скважину);

4. Имеются достаточно мощные (не менее 5 метров) по разрезу и выдержанные по площади пласты, содержащие остаточные запасы нефти;

5. Отмечается значительная неоднородность пропластков внутри пластов по проницаемости, особенно по разрезу (отношение работающей мощности к перфорированной менее 0.5);

6. Реализовано максимально полное вскрытие эффективной нефтенасыщенной толщины в добывающих и нагнетательных скважинах (отношение перфорированной мощности к эффективной более 0.5);

7. Существует локализованный участок залежи без существенных фактических и планируемых ГТМ, характеризующийся стабильной динамикой показателей в течение 3 месяцев;

8. Существует техническая возможность организации циклической закачки на данном участке с учетом наземной системы водоводов и насосных агрегатов. В соответствии с критериями:

• по первому объекту месторождения «Кумколь» расположение нагнетательных скважин позволяет организовать проведение циклического заводнения;

• выработка запасов первого объекта отстает от обводненности на 36 %;

• геологические характеристики первого объекта соответствуют критериям эффективного циклического воздействия;

• существует техническая возможность организации циклической закачки на данном участке с учетом наземной системы водоводов и насосных агрегатов.

Нестационарное воздействие было начато в 2009 г. На зимний период 2010-2011 гг. оно было прекращено и начато вновь 1 апреля 2011 г. В течение первых трех месяцев 2011 г. были проведены необходимые гидродинамические исследования скважин, границы участка НЗ были расширены за счет подключения дополнительных нагнетательных скважин к циклическому воздействию.

В настоящее время число реагирующих на циклическое воздействие добывающих скважин составляет 27.

Эффективность от циклического воздействия в начальный период циклического воздействия (2009-2010 гг.) положительная. Так, за 2009 год после проведения 9 циклов воздействия со стороны нагнетательных скважин дополнительная добыча нефти по первому объекту (участку) составила 660 т на 11 добывающих скважин (или 3 т/(скв.-сут)). Длительность цикла при этом составила двое суток: сутки - остановка нагнетательной скважины, сутки - ее работа. При увеличении длительности цикла (трое суток работы нагнетательных скважин, трое суток - остановка) эффективность снизилась и составила по первому участку 200 т, или 0.91 т/(скв.-сут).

Нестационарное воздействие на участке первого эксплуатационного объекта в циклическом режиме, предусматривающем периодическую остановку части скважин, начато в 2011 году. Период циклического воздействия составил 2 суток. Попеременно отключаются на двое суток нагнетательные скважины западного и восточного рядов залежи. При этом из-за необходимости утилизации больших объемов подтоварной воды присутствует фаза постоянной работы всех нагнетательных скважин участка. Иными словами, на двое суток отключаются скважины западного ряда, через двое суток они запускаются в работу и работают все нагнетательные скважины участка, через двое суток отключаются скважины восточного ряда.

За период 01.04.2011-01.10.2011 гг. эффект от циклического воздействия составил 14.5 тыс. т.

Анализ эффективности циклического воздействия по реагирующим добывающим скважинам показал, что величина эффекта от циклики может быть как положительной, так и отрицательной. Выявление причин отрицательного эффекта показало хорошую корреляцию между величиной эффекта и значением объемов

подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора горизонта М1 месторождения «Кумколь». Зависимость показывает, что чем больше объем подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора, тем выше эффект от нестационарного заводнения (рисунок 9).

2.5 -

п

-0.5 -1-

подвижные запасы, сосредоточенные в низкопроницаемых слоях коллектора, тыс.т

Рисунок 9 — Зависимость эффекта от циклического воздействия

от величины подвижных запасов нефти низкопроницаемых прослоев

Определены стратегические направления развития применения нестационарного заводнения на месторождении «Кумколь». Предложена технология периодической эксплуатации высокообводненных добывающих скважин. Показана принципиальная эффективность применения нестационарного режима эксплуатации добывающих скважин в условиях месторождения «Кумколь». При этом эффект от применения циклической эксплуатации скважин будет заключаться не только в дополнительно добытой нефти, но и в сокращении добычи воды. Периодические отключения и включения добывающих скважин позволят также регулировать направление фильтрационных потоков на участках НЗ.

Основные выводы и рекомендации

Представленные в работе исследования позволяют сделать

следующие выводы.

1. Коллекторы горизонтов М1 и М2 месторождения «Кумколь» относятся к категории высокопродуктивных с высокой проницаемостью, сильно расчлененных, послойно и зонально-неоднородных по проницаемости с повышенным глиносодержанием (более 17 % запасов нефти сосредоточено в высоко глинистых коллекторах, почти 80 % - в глинистых). В результате закачки более пресной воды произошло значительное изменение минерализации пластовых вод. Содержание значительной доли глинистого минерала монтмориллонитового типа в коллекторе горизонта М1 привело к изменению ФЕС вследствие набухания глинистого материала.

2. Высокая начальная пластовая температура и высокое содержание парафинов в нефти делают процесс нефтеизвлечения чувствительным к температуре закачиваемого агента. Реалии разработки месторождения «Кумколь» указывают на снижение пластовой температуры (в области отборов в среднем на 5°). При снижении пластовой температуры в коллекторе происходят изменения, приводящие к снижению эффективности нефтеизвлечения за счет увеличения вязкости нефти и отрезания от фильтрации низкопроницаемых областей при выпадении парафинов. Показано, что в настоящее время температура в 7,5 % порового пространства от общего нефтенасыщенного коллектора горизонта М1 составила менее 40 °С, т.е. ниже температуры плавления парафинов.

3. Потери в добыче нефти за счет сезонных колебаний температуры закачиваемой воды по первому эксплуатационному объекту на сегодня составляют 0.416 % от накопленной добычи нефти, или в абсолютных значениях 49.2 тыс. т за весь период разработки.

4. Рассмотрены вопросы эффективности теплового воздействия на участке залежи горизонта М1 в районе нагнетательных скважин №№ 1074 и 1273. Показано, что тепловое воздействие от закачиваемой воды температурой Т = 100 °С является эффективным, однако величина эффекта незначительна и не оправдывает затраты на газ для подогрева воды. Тепловое воздействие будет эффективным с экономической точки зрения при наличии дешевых источников горячей воды. Альтернативным источником горячей воды может стать вода с более «горячих» горизонтов, а способ ее закачки в продуктивный пласт -внутрискважинная перекачка.

5. При разработке единым фильтром двух пластов с разными фильтрационно-емкостными свойствами возможно возникновение условий для внутрискважинного межпластового перетока жидкости из высокопроницаемого пласта в низкопроницаемый. Образование в области отборов низкопроницаемого пласта зоны повышенной водонасыщенности за счет перетока воды из заводненного высокопроницаемого пласта в незаводненный низкопроницаемый приводит к снижению фазовой проницаемости для нефти, уменьшению дебита нефти пласта и снижению эффективности разработки двухпластовой системы коллекторов. Затухание фильтрации при наличии в коллекторе глинистых минералов в случае возникновения внутрискважинного межпластового перетока жидкости приводит к отрезанию глинистого пласта от воздействия как в области закачки, так и в области отборов. Дня повышения эффективности выработки запасов нефти из двухпластовой системы коллекторов необходимо применение технологии ОРЭ, которая позволяет более полно выработать запасы нефти из высокопроницаемого пласта при обводненности скважины ниже предельной.

6. Показано, что при стационарном заводнении горизонтов М1 и М2 вне действия системы разработки остаются значительные запасы нефти: 14 % от всех начальных подвижных запасов и 15 % от всех начальных геологических запасов нефти. Для повышения эффективности системы заводнения объекта с участием автора разработана программа ОПР и внедрено нестационарное заводнение. За 5 месяцев 2011 года применение нестационарного заводнения позволило увеличить добычу нефти на 14.5 тыс. т.

7. Установлена корреляция между величиной эффекта от циклического воздействия и значением объемов подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора горизонта М1 месторождения «Кумколь». Зависимость показывает, что чем больше объем подвижных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых прослоях коллектора, тем выше эффект от нестационарного заводнения.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих научных трудах:

Ведущие рецензируемые научные журналы

1. Абилхаиров Д.Т., Владимиров И.В. Алгоритм анализа структуры геологических запасов нефти на основе детализации строения залежи // НТЖ «Геология, геофизика и разработка нефтяных и

газовых месторождений». - М.: ВНИИОЭНГ, 2011. - № 9. -С. 54-58.

2. Абилхаиров Д.Т. Оценка потерь в добыче нефти за счет сезонных колебаний температуры закачиваемой воды // НТЖ «Нефтепромысловое дело». - М.: ВНИИОЭНГ, 2011. - № 12. -С. 14-17.

Монографии

3. Упрощенная методика расчета показателей разработки нефтяных

залежей сложного геологического строения / И.В. Владимиров, Е.В. Задорожный, И.Н. Гутуев, М.А. Кузнецов, Д.Т. Абилхаиров. - Уфа: ООО «Выбор», 2010. - 43 с.

Прочие печатные издания

4. Владимиров И.В., Абилхаиров Д.Т. Оценка энергетических затрат при применении теплового воздействия на участке месторождения «Кумколь» // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер. XI Всеросс. научн.-практ. конф. в рамках XI Российского энергетического форума. - Уфа, 2011 г. - С. 59-60.

5. Абилхаиров Д.Т. Применение энергосберегающих технологий нестационарного заводнения на месторождении «Кумколь» // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер. XI Всеросс. научн.-практ. конф. в рамках XI Российского энергетического форума. - Уфа, 2011 г. - С. 67-68.

Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 14.12.2011 г. Бумага писчая. Заказ № 308. Тираж 100 экз. Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Абилхаиров, Даурен Турганбаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ВЫРАБОТКИ ЗАПАСОВ НЕФТИ ИЗ НЕОДНОРОДНЫХ ПО ПРОНИЦАЕМОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ ПРИ ИХ ЗАВОДНЕНИИ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР).

1.1. Общие положения.

1.2. Неоднородность фильтрационно-емкостных свойств коллектора нефтяного месторождения.

1.3. Охлаждение пластов в результате закачки холодной воды.

1.4. Потеря части подвижных запасов нефти в результате возникновения внутрискважинных перетоков жидкости при совместной эксплуатации пластов с разными энергетическими состояниям.

1.5. Влияние глинистости коллектора на процессы заводнения неоднородных нефтяных пластов.

1.6. Выводы и постановка задач исследований.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КУМКОЛЬ (РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН).

2.1. Общие сведения.

2.2. Геологическое строение пластов продуктивных горизонтов меловых отложений месторождения Кумколь.

2.2.1. Информативность базы ГИС горизонтов месторождения Кумколь.

2.2.2. Сведения о геологическом строении продуктивных горизонтов первого эксплуатационного объекта месторождения Кумколь.

2.2.3. Сведения о свойствах пластовых флюидов горизонтов М1 и М2.

2.3. Состояние разработки горизонтов М1 и М2 и анализ выработки запасов нефти.

2.4. Выводы к главе.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫРАБОТКИ ЗАПАСОВ НЕФТИ ПРИ ЗАВОДНЕНИИ ДВУХПЛАСТОВОЙ СИСТЕМЫ КОЛЛЕКТОРОВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ.

3.1. Общие положения.

3.2. Математическая модель двухфазной фильтрации пластовых флюидов в многопластовой системе разнородных по ФЕС коллекторов.

3.3. Задачи вытеснения нефти из двухпластовой системы при заводнении.

3.3.1. Базовый вариант задачи.

3.3.2. Возникновение внутрискважинных межпластовых перетоков.

3.3.3. Снижение эффективности выработки запасов нефти глиносодержащего пласта в результате возникновения внутрискважинных межпластовых перетоков.

3.3.4. Анализ выработки запасов нефти двухпластовой системы коллекторов по рассмотренным вариантам задачи.

3.4. Внутрискважинные межпластовые перетоки на месторождении Кумколь (первый эксплуатационный объект).

3.5. Выводы к главе.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАСТА НА ВЫРАБОТКУ ЗАПАСОВ НЕФТИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КУМКОЛЬ.

4.1. Общие положения.

4.2. Изменение температурного поля продуктивных горизонтов месторождения Кумколь.

4.3. Оценка потерь в добыче нефти за счет сезонных колебаний температуры закачиваемой воды.

4.4. Тепловое воздействие на участке залежи горизонта М1 в районе нагнетательных скважин №№ 1074 и 1273.

4.5. Выводы к главе.

ГЛАВА 5. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫРАБОТКИ ЗАПАСОВ НЕФТИ ГОРИЗОНТОВ ПЕРВОГО ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ОБЪЕКТА МЕСТОРОЖДЕНИЯ КУМКОЛЬ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ЗАВОДНЕНИЕМ. ИЗ

5.1. Общие положения.

5.2. Опытно-промышленные работы по внедрению нестационарного заводнения на месторождении Кумколь.

5.3. Определение условий положительной эффективности циклического воздействия на участке первого эксплуатационного объекта месторождения Кумколь.

5.4. Стратегические направления повышения эффективности циклического воздействия на месторождении Кумколь. Периодическая эксплуатация добывающих скважин.

5.5. Выводы к главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Проблемы разработки высокопродуктивных неоднородных коллекторов"