Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка методов интерпретации гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и горизонтальных скважин при отсутствии псевдорадиального режима фильтрации

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Разработка методов интерпретации гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и горизонтальных скважин при отсутствии псевдорадиального режима фильтрации"

На правах рукописи

005534152

КОВАЛЕНКО ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРЕЩИН ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ПРИ ОТСУТСТВИИ ПСЕВДОРАДИАЛЬНОГО РЕЖИМА ФИЛЬТРАЦИИ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

3 ОКТ 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2013

005534152

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Тюменский Нефтяной Научный Центр» (ООО «ТННЦ») Научный консультант: - доктор технических наук

Сохошко Сергей Константинович Официальные оппоненты: - Ягафаров Алик Каюмович

доктор геолого-минералогических наук, профессор - Мулявин Семен Федорович

кандидат технических наук, заведующий отделом проектирования и анализа разработки Открытого акционерного общества «Сибирский научно-

исследовательский институт нефтяной промышленности» (ОАО «СибНИИНП») Ведущая организация: - Открытое акционерное общество

«Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт им. академика А.П. Крылова»

Защита состоится 24 октября 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-информационном центре ТюмГНГУ по адресу: 625027, г.Тюмень,ул.Мельникайте, 72а, каб.32.

Автореферат разослан 24 сентября 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат технических наук, ( /

доцент п{/с'' Аксенова Наталья Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Корректная интерпретация данных гидродинамических исследований скважин (ГДИС) является обязательным условием успешности управления разработкой месторождений, позволяющая проводить оценку не только фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) продуктивных пластов, но и успешность таких мероприятий по интенсификации добычи нефти как гидроразрыв пласта (ГРП) и бурение горизонтальных стволов скважин.

Сегодня все большее количество гидродинамических исследований проводятся на наклонно-направленных скважинах с гидроразрывом пласта и на горизонтальных скважинах, расположенных на месторождениях с низкими фильтрационно-емкостными свойствами продуктивных пластов, имеющих обширную зону газо-нефтяного контакта (ГНК), на месторождениях высоковязкой нефти, а также на месторождениях, продуктивные коллектора которых осложнены непроницаемыми границами (разломами). С одной стороны, низкие значения пьезопроводности в данных условиях приводят к существенному увеличению требуемого периода времени исследований скважин. С другой стороны, применение гидроразрыва пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола существенно отодвигают во времени регистрацию позднего псевдорадиального режима, при котором радиус зоны сжимаемости (исследования) выходит на радиальную геометрию распространения вокруг скважины. Совместное присутствие двух указанных условий зачастую приводит к невозможности регистрации позднего псевдорадиального режима фильтрации за приемлемый период времени. Также существует проблема скрытия радиального режима фильтрации под влиянием близкорасположенных как непроницаемых границ, так и границ постоянного давления к горизонтальным скважинам и трещинам гидроразрыва пласта, не позволяющим провести объективную интерпретацию данных гидродинамических исследований скважин.

При классическом подходе к интерпретации в условиях отсутствия позднего псевдорадиального режима фильтрации интерпретация водится

путем предположения значения проницаемости пласта, занесения данных по длинам горизонтального участка скважины и трещины гидроразрыва пласта согласно проектных величин, и последующей адаптации зарегистрированного участка динамики изменения давления. Как результат, это может привести к занижению реальной проницаемости пласта и переоценке эффективных длин трещин ГРП и горизонтальных участков скважин.

Поэтому задача интерпретация данных гидродинамических исследований скважин в условиях невозможности регистрации позднего псевдорадиального режима фильтрации является на сегодня актуальной задачей и требует разработки дополнительных методов количественной интерпретации гидродинамических исследований скважин на дорадиальных (ранних) режимах фильтрации.

Цель работы

Повышение эффективности эксплуатации наклонно-направленных нефтяных скважин с гидроразрывом пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола путем уточнения фильтрационно-емкостных свойств продуктивных пластов с помощью разработки методов интерпретации результатов гидродинамических исследований в условиях отсутствия позднего псевдорадиального режима фильтрации, а также посредством оптимизации расстановки скважин в системе разработки.

Основные задачи исследования

1. Анализ традиционных методов гидродинамических исследований нефтяных скважин и определение недостатков применительно к условиям отсутствия псевдорадиального режима фильтрации.

2. Выявление зависимости дебита жидкости на установившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола от эффективной длины линейного стока с использованием коэффициентов потерь давлений на различных геометрических режимах фильтрации.

3. Вывод формул притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием

ствола с использованием эффективной длины линейного стока и функций эквивалентных площадей исследования.

4. Разработка методов интерпретации данных гидродинамических исследований нефтяных скважин на основе полученных формул притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола.

5. Промысловая апробация разработанных методов на результатах гидродинамических исследований скважин, не зафиксировавших поздний псевдорадиальный режим фильтрации, и сравнение с результатами классического подхода к анализу данных.

Объест и предмет исследования

Объектом исследования являются коллектора месторождений с низкими фильтрационно-емкостными свойствами, месторождения высоковязкой нефти, а также месторождения, коллектора которых осложнены непроницаемыми разломами, Западной и Восточной Сибири, предметом -методы интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и горизонтальных скважин на дорадиальных режимах фильтрации.

Научная новизна выполненной работы

1. Разработаны новые методы интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола, отличающиеся от существующих возможностью проведения количественной интерпретации в условиях отсутствия динамики давления псевдорадиального режима фильтрации.

2. Получены формулы притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола, отличающиеся от существующих тем, что впервые использованы функции эквивалентных площадей исследования, позволяющих отделить фильтрационно-емкостную составляющую, от геометрической составляющей фильтрации.

3. Получены формулы притока жидкости на установившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола, отличающиеся от существующих тем, что используются коэффициенты потерь давлений на ранних геометрических режимах фильтрации.

Практическая ценность и реализация работы

Разработанные методы интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и нефтяных скважинах с горизонтальным окончанием ствола были использованы при анализе скважинных данных по следующим месторождениям: Косухинское, Северо-Тямкинское, Тямкинское (Тюменская область); Верхнечонское (Иркутская область); Русское (Ямало-Ненецкий автономный округ); Сузунское, Куюмбинское (Красноярский край). В результате были уточнены фильтрационные свойства пластов, ряд исследований был переведен в разряд подлежащих объективной интерпретации, и как результат, было произведено существенное уточнение геолого-гидродинамических моделей залежей.

Представляемые методы интерпретации данных гидродинамических исследований были автоматизированы в специальном программном продукте и внедрены в использование среди специалистов соответствующего профиля в ООО «Тюменский Нефтяной Научный Центр».

Полученные в работе результаты в части стационарного притока к трещинам гидроразрыва пласта и скважинам с горизонтальным окончанием ствола были использованы при проектировании разработки скважинами с горизонтальным окончанием ствола по следующим месторождениям: Радонежское, Протозановское, Южно-Петьегское и Усть-Тегусское в Уватском районе Тюменской области. Результаты представлены в следующих проектных документах: «Технологическая схема опытно-промышленных работ Радонежского месторождения», 2010; «Технологическая схема опытно-промышленных работ Протозановского месторождения», 2011; «Проект пробной эксплуатации Южно-Петьегского месторождения», 2011; «Технологическая схема разработки Усть-Тегусского нефтяного месторождения», 2011; «Технико-экономическое обоснование

разработки системой скважин с горизонтальным окончанием ствола в условиях начальной стадии изученности новых месторождений Увата», ТНК-ВР, 2012 г.

Основные защищаемые положения

1. Методы количественной интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола в условиях отсутствия динамики давления, отвечающей позднему псевдорадиальному режиму фильтрации.

2. Формулы притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола на дорадиальных режимах фильтрации с использованием функций эквивалентных площадей исследования.

3. Зависимость дебита жидкости на установившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола от эффективной длины линейного стока с использованием коэффициентов потерь давлений на различных геометрических режимах фильтрации.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Выбранная 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».

Апробация результатов работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались на:

- IV и V научно-практических конференциях «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» (г. Тюмень 2010, 2011);

- IV и V региональных и VIII корпоративной научно-практических конференциях молодых специалистов компании ТНК-ВР (г. Тюмень 2010, 2011 иг. Москва2011);

- SPE форуме «Будущее управления разработкой месторождений» (Франция, г. Париж, 2010);

- 10 и 11 Международной научно-практической конференции «Мониторинг разработки нефтяных и газовых месторождений: Разведка и добыча» (Томск, ЗАО Сиам, 2011 и 2012);

- SPE конференции по тяжелым нефтям (SPE Heavy Oil conference, Канада, г. Калгари, 2012);

- семинаре кафедры «Разработка и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений», ТюмГНГУ (2011).

Публикации

Основные положения работы опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, содержит 120 страниц, в том числе 36 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 77 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первом разделе приведен обзор существующих решений уравнений стационарного притока жидкости к трещинам гидроразрыва пласта и к скважинам с горизонтальным окончанием ствола. Рассмотрены наиболее распространенные формулы как отечественных, так и зарубежных авторов: С.Д. Джоши, А.Н. Фолефака и Д.С. Арчера, В.П. Пилатовского, Г. Ренарда и Дж. Дюпюи, Ф.М. Гигера, JI.X. Рейса и А.П. Джордана, B.C. Евченко, С.Н. Бузинова и И.Д. Умрихина, Д.К. Бабу и A.C. Одеха, С.А. Элгахада и Д. Тиаба и др.

Приводится описание классического подхода к гидродинамическим исследованиям нефтяных скважин на неустановившихся режимах фильтрации.

Сформулированы недостатки современного подхода к гидродинамическим исследованиям скважин, ключевым из которых является то, что основой количественной интерпретации гидродинамических исследований нефтяных скважин является поздний псевдорадиальный режим фильтрации. В условиях массового использования скважин с горизонтальным окончанием ствола и гидроразрыва пласта при разработке пластов с низкими фильтрационными свойствами достижение данного режима на приемлемых временах зачастую не возможно, поскольку иногда требуются очень длительные исследования (несколько месяцев и более). Дополнительную сложность при длительных исследованиях вносит вопрос корректности получаемых данных, поскольку в таких условиях резко возрастают требования к точности измерений.

В традиционном анализе в условиях недостижения динамики давления, отвечающей позднему псевдорадиальному режиму фильтрации, интерпретация проводится путем предположения возможной позиции стабилизации логарифмической производной давления на предполагаемом псевдорадиальном режиме фильтрации и последующей адаптации зарегистрированной кривой давления. Такой подход не является корректным по той причине, что имеется возможность выбрать любую предполагаемую позицию стабилизации логарифмической производной и провести адаптацию динамики давления с применением дополнительных инструментов, таких как использование разных типов моделей фильтрации, границ, разломов, композиционных моделей и т.д. В данных условиях интерпретация данных носит субъективный характер, результаты которой зависят от субъективного взгляда конкретного интерпретатора на задачу.

Для разработки методов интерпретации гидродинамических исследований на ранних режимах фильтрации в дальнейшем рассматриваются следующие задачи: вывод формул притока жидкости на установившемся и неустановившемся режиме к трещине ГРП и горизонтальному стволу скважины с использованием коэффициентов потерь давлений и функций эквивалентных площадей исследования на ранних геометрических режимах фильтрации.

Во втором разделе представлен вывод формулы притока на установившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта бесконечной проводимости с использованием эллиптической геометрии линий эквипотенциалей

2лккМ>

У_ ~ (1)

где Кэл = 0,324 — коэффициент потерь давлений на эллиптическом режиме, безразмерный; Ь - эффективная длина трещины ГРП, м; г* - контур питания, м; к - проницаемость, м2; А — толщина пласта, м; <2 - дебит, м3/сек; АР — депрессия, Па; ц - вязкость, Па*сек; В - объемный коэффициент, м3/ м3; скин-эффект, безразмерный.

С помощью численного моделирования был подтвержден вид формулы (1), максимальная ошибка которой составила около 1% при низких дебитах, менее 3 м3/сутки (таблица 1).

Таблица 1 - Зависимость процента ошибки формулы (1) от величины _дебита скважины_

Дебит, м3/сут 3 40 800

Ошибка, % 1,23 0,8 0,6

Процент ошибки в таблице (1) подсчитывался как различие расчетного аналитического дебита по формуле (1) и модельного дебита скважины с ГРП.

Приток к трещине ГРП ранее в научной литературе не описывался предложенным выражением (1), позволяющей проводить оценку эффективной длины трещины при учете потерь давления потока жидкости на эллиптическом режиме фильтрации.

С использованием эллипсоидно-эллиптической геометрии линий эквипотенциалей была получена формула притока жидкости на установившемся режиме к скважине с горизонтальным окончанием ствола в следующем виде

_2лкИАР_

//Я(1п А- + 2яК„ + 2лКэд | + 5) ' (2)

где ЛГэа — коэффициент потерь давлений на эллипсоидном (раннем псевдорадиальном) режиме, зависящий от значения анизотропии, безразмерный; Кэл - коэффициент потерь давлений на эллиптическом режиме, безразмерный; Ь - эффективная длина горизонтального ствола скважины, м; гк — контур питания, м; к - проницаемость, м2; Л — толщина пласта, м\ () — дебит, м3/сут; АР - депрессия, Па; Ц - вязкость, Па*сек; 5 -скин-эффект; В — объемный коэффициент, м3/ м3.

Максимальная ошибка в два процента формулы (2) достигается при низких дебитах, менее 10 м3/сут (таблица 2).

Таблица 2 - Зависимость процента ошибки формулы (2) от величины _дебита скважины___

Дебит, м3/сут 11 90 980

Ошибка, % 1,95 1 0,83

Процент ошибки в таблице «2» также подсчитывался как различие расчетного аналитического дебита по формуле (2) и модельного дебита для скважины с горизонтальным окончанием ствола.

Коэффициент потерь давлений на эллипсоидном режиме зависит от отношения толщины пласта к длине линейного стока при определенном значении анизотропии (рисунок 1)

10 9 8 7 б 5 4 3 2 1 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Квер/Кгор

----0.01

.............0.1

h/L

О.б

Рисунок 1 - График зависимости значения Кэд от отношения толщины пласта к длине линейного стока при определенном значении анизотропии

В третьем разделе получены формулы притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и горизонтальной скважине с использованием функций эквивалентной площади исследований и проведено сравнение с существующими решениями.

Классическое формула притока жидкости на неустановившемся режиме к линейному стоку (3) не приемлема в использовании при отсутствии динамики давления, отвечающей позднему псевдорадиальному режиму фильтрации, поскольку при исследовании скважин динамика изменения давления известна, в отличие от проницаемости и длины линейного стока, которые участвуют в различных комбинациях в различных компонентах формулы. То есть присутствует неоднозначность решения уравнения B.C. Евченко (3)

2

2^1 ф 4t]t а

(3)

где Т] - пьезопроводность, м2/сек; а - длина линейного стока, м; / -время, сек; к - проницаемость, м2; А - толщина пласта, м; - дебит, м3/сек; Ар - депрессия, Па; В - объемный коэффициент, м3/ м3; /л - вязкость, Па*сек.

На эллиптическом режиме формула (3) не пригодна, поскольку представление динамики давления на билогарифмическом диагностическом графике сходно с динамикой поведения давления на линейном режиме, подразумевающим невозможность отделения значения проницаемости от эффективной длины линейного стока.

Формула притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола на эллиптическом режиме фильтрации представлена следующим уравнением

кЬ АР £„(0,00864-^-)

= 12

(4)

где Ь - эффективная длина линейного стока, м; к - проницаемость, м2; Л - толщина пласта, м; () - дебит, м3/сек; АР ■ депрессия, Па; ¡и - вязкость, Па*сек; I - время, сек; В - объемный коэффициент, м3/м3; - единая безразмерная функция эквивалентной площади исследования; ф — пористость, доли ед.; с, - сжимаемость системы, 1/Па.

Функция «Бо» является функцией инварианта связи фильтрационных характеристик пласта с емкостными характеристиками пласта. То есть при любых значениях проницаемости пласта, вязкости флюида, длины линейного стока, сжимаемости системы и так далее связь имеет единый вид (рисунок 2)

Рисунок 2 - График единой безразмерной функции эквивалентной площади исследования вокруг трещины гидроразрыва пласта

Используя такие программные продукты как «Saphir» и «Eclipse», был подтвержден численным моделированием аналитический вид функции «SD».

На основе уравнения (4) был создан метод интерпретации результатов гидродинамических исследований неустановившегося притока жидкости к трещине гидроразрыва пласта в условиях отсутствия зарегистрированной динамики давления, соответствующей позднему псевдорадиальному режиму фильтрации.

Используется преобразованное выражение (4)

L =

QBt

24 <pc,hAPi

kh SD (0,00864 М) Q

= const

(5)

Ряд замеренных данных давлений во времени вносится в формулу (5) и выбирается такое значение проницаемости пласта, при котором выражение под корнем будет константой во времени. Значение квадратного корня данного выражения будет равно эффективной длине линейного стока. Выражение (5) высокочувствительно к значению проницаемости, что делает его удобным в использовании, в отличие от классического диагностического

графика с логарифмическими осями, визуально скрадывающие особенности поведения давления на эллиптическом режиме фильтрации.

Связь эквивалентной площади исследования с фильтрационными характеристиками представлена следующим уравнением:

£„(;<:) = 3591,9х5 - 2751,2х4 +928,7х3-112,7х2+9,8х , (6)

где л: = 0,00864—^.

¡л ¡2

На значениях оси абсцисс больше значения «0,4» полином не используется по причине начала радиального режима фильтрации при данном значении.

Представляемый подход не только не имеет ограничений в плане конечной проводимости трещины, а наоборот, преимущество над классическим подходом, поскольку позволяет оценивать длину трещины, которая эффективно задействована в процесс фильтрации одновременно со значением проницаемости пласта.

В разделе получена формула притока жидкости на неустановившемся режиме к горизонтальной скважине в следующем виде

QBt

_2Açc,(Pâ-P,)_

^Dh 0,00864 ^ MQB _

В формуле (7) введена функция «Son» - функция эквивалентной площади исследования, зависящая от значения анизотропии (a=kz/kx) и представленная на рисунке (3).

Функция «SDh» в отличие от функции «5Д» не является безразмерной и измеряется в «м2». Вид приведенных функций подтвержден численно в программах «Saphir» и «Eclipse»

350

''Л//

Рисунок 3 - График функций эквивалентной площади исследования вокруг скважины с горизонтальным окончанием ствола для различных значений анизотропии

Метод анализа данных гидродинамических исследований скважины с горизонтальным окончанием ствола при недостижении динамики давления, соответствующей позднему псевдорадиальному режиму фильтрации, основывается на формуле (7). Она позволяет провести обоснованную интерпретацию с использованием только раннего псевдорадиального режима при том условии, что достоверно известно значение эффективной длины горизонтального ствола или анизотропии. При классическом же подходе требуется информация об обоих параметрах.

В случае если информация об эффективной длине скважины с горизонтальным окончанием ствола и анизотропии пласта не известна предлагается использование данных эллиптического режима и уравнения (5).

В условиях многократного и резкого изменения дебита на режиме отработки скважин перед закрытием на гидродинамические исследования методы требуют дальнейшего исследования. В данном случае анализ может быть проведен с использованием «усредненного» по времени дебита, но точность результатов будет снижена.

Зависимость вида функции «Бо» от отношения времени отработки ко времени исследования методом восстановления давления приведена на рисунке (4)

Бо

Время слработки/Время

/ КЬЗ Г

I ...........кпд

/ , ------10

-- 2

/.

0.00864^^

цв д

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Рисунок 4 - График зависимости вида функции эквивалентной площади исследования «Бо» в зависимости от отношения времени отработки ко времени исследования КВД

Анализируя рисунок (4), можно заметить, что существенное отличие функций наступает при значениях аргумента свыше «0.3», что говорит об отсутствии необходимости корректировки исходной функции до этого значения.

Ранний псевдорадиальный режим в окрестностях скважин с горизонтальным окончанием ствола значительно (на порядок) меньше периода эллиптического режима, поэтому корректировку вида эквивалентной площади «Бои» исследования для кривой восстановления давления производить не целесообразно.

В четвертом разделе приведена промысловая апробация разработанных методов гидродинамических исследований наклонно-направленных скважин с гидроразрывом пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола в условиях незарегистрированной динамики давления, соответствующей позднему псевдорадиальному режиму течения.

В качестве примера можно рассмотреть кривую восстановления давления (КВД) наклонно-направленной скважины № 902 с ГРП Верхнечонского месторождения, на которой не был зарегистрирован радиальный режим фильтрации по причине влияния непроницаемых границ, что вызвало неоднозначность в интерпретации данных.

В первом случае был выбран уровень стабилизации логарифмической производной соответствующий проницаемости в 80 мД и была выбрана модель влияния одной непроницаемой границы. Полудлина трещины ГРП была задана в 75 метров

г : , 1.Ш1 -1—| 1 IIIII

Е >< к=80 мД

-

1 1 1 11111 1 1 1 1 1111 > 1 ими 1 1111111

Рисунок 5 - Диагностический график первого варианта интерпретации КВД скважины № 902 Верхнечонского месторождения

Во втором случае был выбран уровень стабилизации логарифмической производной соответствующий проницаемости 120 мД и была выбрана модель влияния двух непроницаемых границ. Полудлина трещины ГРП была задана в 40 метров

Рисунок 6 - Диагностический график второго варианта интерпретации КВД скважины № 902 Верхнечонского месторождения

В условиях, когда замеренные данные давления могут быть адаптированы при разном значении проницаемости пласта встает вопрос об объективности проведенного анализа.

Проведем предварительную аналитическую обработку данных с использованием уравнения (5). Замеренные данные были подставлены в уравнение для трех различных значений проницаемости (80, 120 и 200 мД). Было выявлено (рисунок 7), что согласно уравнения (7) длина трещины остается константой (80 метров) при проницаемости 120 мД до 16 часов.

График, изображенный на рисунке (7) говорит о необходимости выбора второй модели (рисунок 6) в качестве решения интерпретационной задачи. В дальнейшем видно влияние зоны ухудшения свойств, которое может быть смоделировано непроницаемыми границами.

180 160 140 120 100

Длина трещины, м

и-

-Г-

40 20 0

.....80 мД

100 мД -120_110_100 мД

- --200 мД

Время, часы

Рисунок 7 - График обработки данных КВД с помощью уравнения (5)

Особенности поведения давления на эллиптическом режиме при обработке данных логарифмической производной и представлении на диагностическом графике с логарифмическими осями визуально не заметны и грубо оцениваются линейным режимом с последующим переходом в псевдорадиальный режим.

Таким образом, представленный в работе подход позволяет повысить качество интерпретации ГДИС в условиях отсутствия или скрытия радиальных режимов фильтрации. Наряду с оценкой проницаемости метод позволяет проводить обоснованную оценку эффективной длины трещины гидроразрыва пласта и горизонтального ствола скважины и сокращает требуемое количество времени исследования на порядок.

В разделе приводится практическое использование доказанной в работе функциональной (эллиптической) зависимости вида линий изобар вокруг скважины от длины линейного стока для оптимизации расположения горизонтальных скважин и наклонно-направленных скважин с ГРП в площадной системе разработки (уравнение 8).

Ь,(в_ ряду) — -\] Л,(ск)^ + Ъ(меж _ ряд) — /,(ск) ,оч

где «Ьв- расстояние между линейными стоками в ряду, «Ьмеж^яд» -расстояние между рядами линейных стоков, «Ьск» - длина линейного стока.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Достигнуто повышение эффективности эксплуатации нефтяных наклонно-направленных скважин с гидроразрывом пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола путем уточнения фильтрационно-емкостных свойств продуктивных пластов с помощью разработанных методов интерпретации результатов гидродинамических исследований скважин в условиях отсутствия зарегистрированного позднего псевдорадиального режима фильтрации.

2. Проведен анализ традиционного подхода к гидродинамическим исследованиям нефтяных скважин и описаны его недостатки применительно к условиям отсутствия позднего псевдорадиального режима фильтрации, приводящие к некорректной оценке фильтрационных свойств пластов.

3. Полученные формулы притока малосжимаемой жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола с использованием эффективной длины линейного стока и функций эквивалентных площадей исследования позволили найти единую связь между фильтрационными и емкостными характеристиками пласта.

4. Найденные формулы притока малосжимаемой жидкости на установившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола с использованием эффективной длины линейного стока и коэффициентов потерь давлений на различных геометрических режимах фильтрации позволили «отделить» потери давления связанные с уменьшением площади сечения фильтрации флюида от потерь давлений, вызванных загрязнением призабойной зоны пласта.

5. Полученные решения в части установившегося притока жидкости к линейному стоку позволили оптимизировать расположение горизонтальных

скважин и наклонно-направленных с трещиной гидроразрыва пласта в системе разработки на Радонежском, Протозановском, Южно-Петьегском и Усть-Тегусском месторождениях и сократили на порядок время рассматриваемых вариантов при проведении гидродинамического моделирования данных месторождений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1. Коваленко И.В. Усовершенствование метода интерпретации результатов гидродинамических исследований скважин после гидроразрыва пласта в условиях отсутствия радиального режима фильтрации / И.В. Коваленко // Нефтяное Хозяйство. - 2012. - № 10. - С. 66-69.

2. Коваленко И.В. Методика анализа эффективности систем заводнения с использованием моделей линий тока / И.В. Коваленко, С.В. Костюченко, Т.И. Гатауллин, // Нефтяное хозяйство. - 2010. - № 10. - С. 132135.

3. Коваленко И.В. Методика предварительной оценки оптимальных параметров системы разработки перед проведением полномасштабного моделирования/ И.В. Коваленко, П.В. Гальчанский // Нефтяное хозяйство. -2010.-№9.-С. 60-62.

В других изданиях.

4. Коваленко И.В. Потенциал линейного стока в пласте / И.В. Коваленко // Наука и ТЭК. - 2012. - № 2. - С. 32-33.

5. Kovalenko I.V. Well Test Analysis of Horizontal Wells and Vertical Wells with Hydraulic Fracturing Applied in Heavy Oil Fields / I.V. Kovalenko // SPE. - 2012. - № 156936. - C. 1-7.

6. Коваленко И.В. Особенности интерпретации кривых восстановления давления на вертикальных скважинах с гидроразрывом пласта в условиях незарегистрированного радиального режима фильтрации / И.В. Коваленко // Материалы XI научно-технической конференции

«Мониторинг разработки нефтяных и газовых месторождений: разведка и добыча». - Томск. - 2012. - С. 37-39.

7. Коваленко И.В. Расширение возможностей интерпретации гидродинамических исследований на вертикальных скважинах после гидроразрыва пласта и на скважинах с горизонтальным окончанием ствола / И.В. Коваленко // Материалы X научно-технической конференции «Мониторинг разработки нефтяных и газовых месторождений: разведка и добыча» - Томск. - 2011. - С. 20-23.

8. Коваленко И.В. Гидродинамические исследования на ранних дорадиальных режимах фильтрации к скважинам с горизонтальным окончанием ствола и вертикальным скважинам с гидроразрывом пласта / И.В. Коваленко // Сборник научных трудов V Всероссийской научно-практической конференции Западно-Сибирского общества молодых инженеров нефтяников при Тюменском государственном нефтегазовом университете (SPE). - Тюмень. - 2011. - С. 163-166.

9. Коваленко И.В. Обоснование плотности сетки скважин с горизонтальным окончанием ствола на нефтяных месторождениях / И.В. Коваленко // Сборник научных трудов IV Всероссийской научно-практической конференции Западно-Сибирского общества молодых инженеров нефтяников при Тюменском государственном нефтегазовом университете (SPE). - Тюмень. - 2010 - С. 49-52.

Соискатель

Тираж 100 экз. Отпечатано с готового набора в салоне полиграфических услуг «РА». 625001, г. Тюмень, ул. Нагорная 2 , оф. 109. Тел. (3452) 44-43-40

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Коваленко, Игорь Викторович, Тюмень

Общество с ограниченной ответственностью «Тюменский нефтяной научный центр»

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРЕЩИН ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ПРИ ОТСУТСТВИИ ПСЕВДОРАДИАЛЬНОГО РЕЖИМА ФИЛЬТРАЦИИ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

00 ю 00 со

^ £2 Диссертация на соискание ученой степени

^ о кандидата технических наук

" СМ

СМ

О -

СМ ю и

* ^ О Научный консультант,

доктор технических наук С.К. Сохошко

Тюмень - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

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

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ ПРИТОКА ЖИДКОСТИ К ТРЕЩИНЕ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА И К СКВАЖИНАМ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ОКОНЧАНИЕМ СТВОЛА................................................................................10

1.1 Обзор аналитических формул стационарного притока к скважине

с горизонтальным окончанием ствола и трещине гидроразрыва пласта.....10

1.2 Обзор классического подхода к анализу нестационарного притока к нефтяным скважинам...................................................................................20

1.3 Недостатки классического подхода к анализу данных гидродинамических исследований на вертикальных скважинах с гидроразрывом пласта и на скважинах с горизонтальным окончанием ствола...............................................................................................................39

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1...............................................................................40

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ВИДА ЛИНИЙ ИЗОБАР ВОКРУГ ЛИНЕЙНОГО СТОКА И ВЫВОД УРАВНЕНИЙ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО РЕЖИМА........................................41

2.1 Аналитический расчет потенциала линейного стока в анизотропном

пласте и вывод функционального вида линий эквипотенциалей................41

2.2 Вывод формулы притока малосжимаемой жидкости на установившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта бесконечной проводимости........48

2.3 Вывод формулы притока малосжимаемой жидкости на установившемся режиме к скважине с горизонтальным окончанием ствола..........................56

2.4 Численное моделирование процесса установившейся фильтрации к линейному стоку и подтверждение аналитических выводов....................60

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2...............................................................................63

3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН ПРИ НЕУСТАНОВИВШЕЙСЯ ФИЛЬТРАЦИИ МАЛОСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ К ЛИНЕЙНОМУ СТОКУ В АНИЗОТРОПНОМ ПЛАСТЕ............................................................................64

3.1 Неустановившаяся фильтрация к точечному стоку в канале.................64

3.2 Разработка метода интерпретации неустановившегося режима фильтрации нефти к трещине гидроразрыва пласта с бесконечной

проводимостью с помощью функции инварианта связи фильтрационных свойств с емкостными свойствами на линейном (эллиптическом) режиме 67

3.3 Разработка метода интерпретации неустановившегося режима фильтрации нефти к скважине с горизонтальным окончанием ствола с помощью функции инварианта связи фильтрационных свойств с емкостными свойствами на раннем псевдо-радиальном (эллипсоидном) режиме.............................................................................................................80

3.4 Неустановившийся режим фильтрации к линейному стоку с конечной проводимостью...............................................................................................82

3.5 Численное моделирование процессов неустановившейся фильтрации

малосжимаемого флюида к линейному стоку...............................................84

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3...............................................................................86

4. ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ВЫВОДОВ И РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ..........................................................................................................87

4.1 Численный эксперимент на синтетических гидродинамических моделях

..........................................................................................................................88

4.2 Ограничения представляемых методов интерпретации.........................93

4.2 Проверка метода на реальных данных....................................................94

4.4 Анализ гидродинамических исследований вертикальных скважин с гидроразрывом пласта....................................................................................96

4.5 Интерпретация данных гидродинамических исследований на скважинах с горизонтальным окончанием ствола.........................................................100

4.6 Использование аналитических выводов при проектировании разработки

месторождений скважинами с горизонтальным окончанием ствола........104

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4.............................................................................112

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.............................................113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................114

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Корректная интерпретация данных гидродинамических исследований скважин (ГДИС) является обязательным условием успешности управления разработкой месторождений, позволяющая проводить оценку не только фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) продуктивных пластов, но и успешность таких мероприятий по интенсификации добычи нефти как гидроразрыв пласта (ГРП) и бурение горизонтальных стволов скважин.

Сегодня все большее количество гидродинамических исследований проводятся на наклонно-направленных скважинах с гидроразрывом пласта и на горизонтальных скважинах, расположенных на месторождениях с низкими фильтрационно-емкостными свойствами продуктивных пластов, имеющих обширную зону газо-нефтяного контакта (ГНК), на месторождениях высоковязкой нефти, а также на месторождениях, продуктивные коллектора которых осложнены непроницаемыми границами (разломами). С одной стороны, низкие значения пьезопроводности в данных условиях приводят к существенному увеличению требуемого периода времени исследований скважин. С другой стороны, применение гидроразрыва пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола существенно отодвигают во времени регистрацию позднего псевдорадиального режима, при котором радиус зоны сжимаемости (исследования) выходит на радиальную геометрию распространения вокруг скважины. Совместное присутствие двух указанных условий зачастую приводит к невозможности регистрации позднего псевдорадиального режима фильтрации за приемлемый период времени. Также существует проблема скрытия радиального режима фильтрации ' под влиянием близкорасположенных как непроницаемых границ, так и границ постоянного давления к горизонтальным скважинам и трещинам гидроразрыва пласта, не позволяющим провести объективную интерпретацию данных гидродинамических исследований скважин.

При классическом подходе к интерпретации в условиях отсутствия позднего псевдорадиального режима фильтрации интерпретация проводится путем предположения значения проницаемости пласта, занесения данных по длинам горизонтального участка скважины и трещины гидроразрыва пласта согласно проектных величин, и последующей адаптации зарегистрированного участка динамики изменения давления. Как результат, это может привести к занижению реальной проницаемости пласта и переоценке эффективных длин трещин ГРП и горизонтальных участков скважин.

Поэтому задача интерпретация данных гидродинамических исследований скважин в условиях невозможности регистрации позднего псевдорадиального режима фильтрации является на сегодня актуальной задачей и требует разработки дополнительных методов количественной интерпретации гидродинамических исследований скважин на дорадиальных (ранних) режимах фильтрации.

Цель работы

Разработка методов интерпретации результатов гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и горизонтальных скважин в условиях отсутствия псевдорадиального режима фильтрации для повышения эффективности их эксплуатации.

Основные задачи исследования

1. Анализ традиционных методов гидродинамических исследований нефтяных скважин и определение их недостатков применительно к условиям отсутствия псевдорадиального режима фильтрации.

2. Выявление зависимости дебита жидкости на установившемся режиме фильтрации к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола от эффективной длины линейного стока с использованием коэффициентов потерь давлений на различных геометрических режимах фильтрации.

3. Вывод формул притока жидкости на неустановившемся режиме фильтрации к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола с использованием эффективной длины линейного стока и функций эквивалентных площадей исследования.

4. Разработка методов интерпретации данных гидродинамических исследований нефтяных скважин на основе полученных формул притока жидкости на неустановившемся режиме фильтрации к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола.

5. Промысловая апробация разработанных методов на результатах гидродинамических исследований скважин, не зафиксировавших поздний псевдорадиальный режим фильтрации, и сравнение с результатами классического подхода к анализу данных.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются коллектора месторождений с низкими фильтрационно-емкостными свойствами, месторождения высоковязкой нефти, а также месторождения, коллектора которых осложнены непроницаемыми разломами, Западной и Восточной Сибири, предметом -методы интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и горизонтальных скважин на дорадиальных режимах фильтрации.

Научная новизна выполненной работы

1. Разработаны новые методы интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола, отличающиеся от существующих возможностью проведения количественной интерпретации данных исследований в условиях отсутствия динамики давления псевдорадиального режима фильтрации.

2. Получены формулы притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола, отличающиеся от существующих тем, что впервые использованы

функции эквивалентных площадей исследования, позволяющих отделить фильтрационно-емкостную составляющую, от геометрической составляющей фильтрации.

3. Получены формулы притока жидкости на установившемся режиме фильтрации к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола с использованием понятий «коэффициентов потерь давлений на ранних геометрических режимах фильтрации».

Практическая ценность и реализация работы

Разработанные методы интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и нефтяных скважинах с горизонтальным окончанием ствола были использованы при анализе скважинных данных по следующим месторождениям: Косухинское, Северо-Тямкинское, Тямкинское (Тюменская область); Верхнечонское (Иркутская область); Русское (Ямало-Ненецкий автономный округ); Сузунское, Куюмбинское (Красноярский край). В результате были уточнены фильтрационные свойства пластов, ряд исследований был переведен в разряд подлежащих объективной интерпретации, и как результат, было произведено существенное уточнение геолого-гидродинамических моделей залежей.

Представляемые методы интерпретации данных гидродинамических исследований были автоматизированы в специальном программном продукте и внедрены в использование среди специалистов соответствующего профиля в ООО «Тюменский Нефтяной Научный Центр».

Полученные в работе результаты в части стационарного притока к трещинам гидроразрыва пласта и скважинам с горизонтальным окончанием ствола были использованы при проектировании разработки скважинами с горизонтальным окончанием ствола по следующим месторождениям: Радонежское, Протозановское, Южно-Петьегское и Усть-Тегусское в Уватском районе Тюменской области. Результаты представлены в следующих проектных документах: «Технологическая схема опытно-промышленных работ Радонежского месторождения», 2010;

«Технологическая схема опытно-промышленных работ Протозановского месторождения», 2011; «Проект пробной эксплуатации Южно-Петьегского месторождения», 2011; «Технологическая схема разработки Усть-Тегусского нефтяного месторождения», 2011; «Технико-экономическое обоснование разработки системой скважин с горизонтальным окончанием ствола в условиях начальной стадии изученности новых месторождений Увата», ТНК-ВР, 2012 г.

Основные защищаемые положения

1. Методы количественной интерпретации данных гидродинамических исследований трещин гидроразрыва пласта и скважин с горизонтальным окончанием ствола в условиях отсутствия динамики давления, отвечающей позднему псевдорадиальному режиму фильтрации.

2. Формулы притока жидкости на неустановившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола на дорадиальных режимах фильтрации с использованием функций эквивалентных площадей исследования.

3. Зависимость дебита жидкости на установившемся режиме к трещине гидроразрыва пласта и к скважине с горизонтальным окончанием ствола от эффективной длины линейного стока с использованием коэффициентов потерь давлений на различных геометрических режимах фильтрации.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Выбранная 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».

Апробация результатов работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались на:

- IV и V научно-практических конференциях «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» (г. Тюмень 2010, 2011);

- IV и V региональных и VIII корпоративной научно-практических конференциях молодых специалистов компании ТНК-BP (г. Тюмень 2010, 2011 иг. Москва2011);

- SPE форуме «Будущее управления разработкой месторождений» (Франция, г. Париж, 2010);

- 10 и 11 Международной научно-практической конференции «Мониторинг разработки нефтяных и газовых месторождений: Разведка и добыча» (Томск, ЗАО Сиам, 2011 и 2012);

- SPE конференции по тяжелым нефтям (SPE Heavy Oil conference, Канада, г. Калгари, 2012);

- семинаре кафедры «Разработка и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений», ТюмГНГУ (2011).

Публикации

Основные положения работы опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, содержит 120 страниц, в том числе 36 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 77 наименований.

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ ПРИТОКА ЖИДКОСТИ К ТРЕЩИНЕ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА И К СКВАЖИНАМ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ОКОНЧАНИЕМ СТВОЛА

Задача притока жидкости к скважине с горизонтальным окончанием ствола и к трещине гидроразрыва пласта рассматривались многими авторами (Басниев К.С., Борисов Ю.П., Ентов В.М., Чарный И.А., Грачев С.И., Евченко B.C., Лысенко В.Д., Сохошко С.К., Телков А.П., Карнаухов М.Л., Economaidis M.J., Giger F.M., Joshi S.D., Gringarten A.C., Ramay H.J. и др.).

Скважины с горизонтальным окончанием ствола нашли широкое применение при разработке маломощных пластов с низкими значениями проницаемости, объектов с подошвенной водой и газовой шапкой, при разработке трещиноватых коллекторов, месторождений высоковязкой нефти, а также на шельфовых месторождениях. В свою очередь, гидроразрыв пласта позволил перевести значительное количество низкопродуктивных коллекторов в разряд экономически рентабельных объектов и улучшить экономические показатели уже существующих схем разработки месторождений вследствие увеличения коэффициента продуктивности скважин.

1Л Обзор аналитических формул стационарного притока к скважине с горизонтальным окончанием ствола и трещине гидроразрыва пласта

В практике эксплуатации скважин с горизонтальным окончанием ствола существует множество выражений для подсчета дебита. Одной из самых распространенных формул притока к горизонтальному стволу скважины в зависимости от его длины считается формула Джоши [1, 2, 68]

л 2МАР

<ил>

где

J = ln* + [q2-(Q,5X)2]0'5 |

0,5 L

2 яг

(1.1.2)

1

а- — 2

0,5 +

0,25 +

2R„

\4

0,5

(1.1.3)

где В - объемный коэффициент нефти; И0 - эффективная толщина пласта, м; к - проницаемость пласта, мД; АР - депрессия, атм; ц - вязкость,

сП; эе* - коэффициент анизотропии; Ь - эффективная длина горизонтального ствола, м; ЯК - радиус дренирования (условный радиус контура питания): гс -радиус скважины, м.

Расчеты по формуле (1.1.1) хорошо согласуются с экспериментальными данными и могут служить при численном моделировании работы горизонтальных стволов эталоном для оценки достоверности формул дебита, связывающих забойное давление и среднее да