Разработка массивных и массивно-пластовых нефтяных залежей с трещиноватыми коллекторами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.06, доктор технических наук в форме науч. докл. Лебединец, Николай Павлович

• Лебединец, Николай Павлович
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1998

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка массивных и массивно-пластовых нефтяных залежей с трещиноватыми коллекторами»

Исходя из условий размещения и фильтрации пластовых флюидов, трещиноватые коллекторы подразделяются в работе на трещиновато-кавернозные и трещиновато-кавернозно-пористые. Основным предметом и полигоном исследований являются массивные и массивно-пластовые залежи нефти с трещиновато-кавернозными карбонатными коллекторами.

Со второй половины 50-х годов такие залежи, приуроченные к верхнемеловым отложениям, открывались и вводились в разработку на месторождениях Восточного Предкавказья, что обусловило многократное увеличение добычи нефти в Чеченской и Ингушской Республиках. Старейший Грозненский нефтеносный район оказался наиболее представительным в отношении уникальных залежей указанного типа.

Кроме приуроченности к трещиновато-кавернозным коллекторам, упомянутые залежи грозненских месторождений характеризовались целым рядом особенностей, однозначных с нефтяными залежами в трещиновато-кавернозно-пористых коллекторах, что дает возможность распространения многих полученных результатов на оба типа залежей.

В диссертации обобщены многолетние исследования автора по данной проблеме, осуществлявшего изучение, геолого-промысловую оценку, проектирование, научно-техническое сопровождение, анализ и обобщение опыта промышленной эксплуатации наиболее крупных и представительных верхнемеловых залежей грозненских месторождений Малгобек-Вознесенско-Алиюртовское, Эльдарово, Брагуны, Старогрозненское и др., разработанных с высокой эффективностью, а также целого ряда позже открытых месторождений других регионов России -Забегаловского (Удмуртия), Котовского (Волгоградская область) и Зарубежных стран - Тенгиз (Казахстан), Карачок (Сирия), Долни Дыбак (Болгария), Белый Тигр (Вьетнам) и др. I

Эти исследования, направленные на комплексное решение проблемы, включали, в частности, определение отличительных характеристик таких залежей и технологических принципов их эффективной разработки, изучение движения жидкости в трещиноватых средах и создание методов расчетов при прогнозировании и анализе разработки залежей, обобщение накопленного опыта и его применение на новых месторождениях.

При этом необходимо отметить, что свой вклад в изучение и решение практических вопросов разработки нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами внесли многие исследователи - М.Т.Абасов, К.Б. Аширов, Э.А.Авакян, И.Д.Амелин, Е.Г.Арешев, М.с.Багов, Б.Т.Баишев, Э.А.Бакиров, А.Бан, Г.И.Баренблатт, К.С.Басниев, В.В.Белов, Г.Н.Ве-лянин, А.А.Боксерман, Г.Г.Вахитов, Б.Ю.Вендельштейн, В.Д.Викторин, В.П.Гаврилов, В.Е.Гавура, И.Л.Галина, А.Т.Горбунов, А.В.Давыдов, К.Н.Джалилов, А.Н.Дмитриевский, В.М.Добрынин, К.М.Донцов, В.М.Ентов, Ю.В.Желтов, Ю.П.Яелтов, В.М.Зайцев, С.Н.Закиров, М.М.Иванова, Р.Г. Исаев, А.А.Казаков, Р.М.Кац, А.Г.Ковалев, В.И.Колганов, Ф.И.Котяхов, В.А.Кошляк, Д.Н.Кузьмичев, В.И.Кудинов, В.Н.Майдебор, Р.А.Максутов, Г.Е.Малофеев, О.Ш.Мартынцев, Ю.В.Маслянцев, А.В.Меркулов, Р.М.Мин-чева, И.Т.Мищенко, Л.Г.Наказная, А.М.Нечай, В.Н.Николаевский, В.Г. Постников, М.Д.Розенберг, Е.С.Ромм, В.М.Рыжик, Б.Ф.Сазонов, А.Т.Сар-кисов, М.М.Саттаров, Н.Д.Сергеев, Л.М.Середняцкий, Е.М.Смехов, Э.В. Соколовский, Г.С.Степанова, М.Л.Сургучев, Я.Х.Сюняев, К.Х.Таташев, Ю.А.Тронов, А.А.Трофимук, И.Д.Умрихин, В.П.Филиппов, А.Я.Хавкин, Э.М.Халимов, С.А.Христианович, А.В.Черницкий, С.И.Чижов, И.П.Чолов-СКИЙ, О.В.Чубанов, Р.В.Шаймуратов, L.F.Adams, R.Aguilera, J.L.Black, Е.Bueno, L.L.Cargile, Tr.L.Dong, L.F.Elkins, H.S.Gibson, T.D.Van Golf-Racht, H.Kazemi, C.C.Mattax, C.S.Mattews, S.J.Pirson, P.Pollard, Da Prat, H.V.Quy, L.H.Reiss, G.F.Simpson, Tr.K.Tai, G.R.Thomasson, T.E.Warren и др.

Автор считает своим долгом также отметить большую поддержку В.Н.Майдебора на начальном этапе.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Месторождения с трещиноватыми коллекторами имеют достаточно широкое распространение в нашей стране и за рубежом, составляют значительную часть в общем балансе запасов нефти и обеспечивают существенный вклад в ее добычу. Причем продолжают открываться новые месторождения с такими коллекторами в Архангельской области, Нижнем Поволжье, Восточной Сибири и других регионах России. За ее пределами общеизвестны, в частности, крупнейшие открытия в Казахстане и Вьетнаме.

Вместе с тем специфические геолого-физические и геолого-промысловые особенности трещиноватых коллекторов и приуроченных к ним залежей затрудняли перенос на них результатов, полученных применительно к обычным залежам с гранулярными коллекторами. Эта сложная проблема приобрела самостоятельное значение, но позже была поставлена для всестороннего исследования и осталась менее изученной.

Наконец, имеющийся опыт исследования и разработки массивных и массивно-пластовых залежей с трещиноватыми коллекторами далеко не всегда в должной мере используется при освоении новых месторождений, в том числе, вероятно, из-за недостаточного представления его в обобщенном виде.

Цель работы

Комплексное решение научной проблемы эффективной разработки массивных и массивно-пластовых нефтяных залежей с трещиноватыми коллекторами, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Основные задачи исследований

I. Установление особенностей и основных закономерностей изменения фильтрационно-емкостных свойств коллекторов и залежей, существенно влияющих на их геолого-промысловую оценку и разработку.

2. Научное обобщение представлений о безразмерных параметрах фильтрации и обоснование новых критериев подобия. Приближенное решение задач нелинейного движения жидкости к скважинам в жестких и деформируемых пластах.

3. Создание и опробование методов прогнозирования и анализа разработки залежей.

4. Анализ и обобщение опыта разработки месторождений по фактическим данным эксплуатации.

5. Обоснование технологических принципов рациональной разработки залежей.

6. Определение задач, принципов и методов контроля и регулирования разработки месторождений.

7. Анализ использования накопленного опыта при освоении новых залежей рассматриваемого типа.

Методы исследований

Комплексный анализ геолого-физических и геолого-промысловых' данных, условий фильтрации жидкости в трещиноватых средах, результатов аналитических, лабораторных и промысловых исследований и экспериментов, показателей и параметров систем разработки и др. Теоретические исследования с учетом особенностей коллекторов и залежей, моделирование процессов фильтрации и разработки, использование анализа размерностей, метода укрупненных скважин, уравнения упругого материального баланса и др. Научное обобщение практического опыта изучения, проектирования и осуществления разработки залежей.

Научная новизна

Выявлены особенности влияния на геолого-промысловую оценку залежей, выбор систем разработки, их эффективность не только трещиноватости пород и типа трещиноватых коллекторов, но и типа самих залежей (толщин продуктивных отложений, этажей нефтеносности), а также степени аномальности пластовых давлений, проницаемости пород, свойств пластовых флюидов и др.

Установлено, что мощные трещиноватые коллекторы и приуроченные к ним массивные и массивно-пластовые залежи могут характеризоваться достаточно интенсивным развитием трещиновато-кавернозных каналов, определенной манрооднородностью и весьма эффективным перераспределением давления при фильтрации в них пластовых флюидов как в сплошных средах.

Обосновано значительное влияние инерционных сопротивлений на движение жидкости в трещиноватых породах. Применен новый подход к формированию безразмерных параметров фильтрации. Введен новый критерий подобия фильтрационных сред. Впервые в нелинейной области получена единая зависимость между безразмерными параметрами фильтрации для сред с различной структурой пустотного пространства.

Установлено закономерное изменение коллекторских свойств по высоте структур. Впервые дана количественная характеристика обусловленного этим неравномерного распределения запасов нефти в объеме залежей. Показана необходимость учета таких закономерностей при расчетах процесса разработки и анализе выработки запасов.

Впервые проведены аналитические исследования и количественные расчеты установившегося нерадиального двикения жидкости к скважинам по нелинейному закону в деформируемом пласте. Выявлено уменьшение степени влияния скважин друг на друга при нарушении закона Дарси. С учетом указанных факторов впервые исследована работа скважин в водонефтяных или подгазовых зонах. Установлено уменьшение при этом безводных и безгазовых дебитов.

Предложены эффективные методы прогнозирования и анализа разработки залежей, в том числе в поздний период, учитывающие их специфические геолого-промысловые характеристики и особенности систем разработки. Выявлено практическое постоянство на высоком уровне коэффициентов нефтеизвлечения при значительном диапазоне изменения проницаемости, вторичной пустотности, параметров, характеризующих систему разработки, и больших абсолютных значениях последних.

Обоснованы технологические принципы эффективной разработки залежей, определяющие возможность использования упругого запаса для добычи нефти, необходимость последующего поддержания пластового давления (ППД) на уровне давления насыщения (или гидростатического давления), возможность применения в качестве оптимальной одной относительно редкой сетки скважин на вею толщу продуктивных отложений и др.

Установлены специфические особенности эксплуатации скважин и залежей на разных стадиях разработки. Выявлены, в частности, слабое влияние собственной работы скважин на процесс их обводнения и преимущественно транзитный характер продвижения ВНК через вскрытые в скважинах интервалы в более ранний период отбора основных запасов, эффективное гравитационное перераспределение пластовых флюидов, особенности динамики добычи нефти.

Сделано заключение об отсутствии серьезных техногенных последствий эксплуатации залежей при больших снижениях пластового давления в них, обусловленных использованием упругого запаса для добычи нефти.

Определены высокие фактические технологические и технико-экономические показатели эксплуатации залежей, подтверждающие эффективность рекомендуемых, в большой мере экстремальных, систем разработки, достаточно полный учет при проектировании специфических особенностей месторождений.

Проанализированы некоторые погрешности и недостатки в геолого-промысловой оценке, проектировании и осуществлении разработки ряда позже открытых в других регионах массивных нефтяных залежей с трещиноватыми коллекторами, допускавшиеся из-за недостаточного учета имевшегося опыта. Даны рекомендации по оптимизации их разработки.

Практическая ценность

Полученные результаты исследований, установленные принципы эффективной эксплуатации массивных и массивно-пластовых залекей с трещиноватыми коллекторами, предложенные методы изучения, прогнозирования и анализа разработки залежей, полученные данные обобщения опыта их эксплуатации нашли самое непосредственное практическое применение и использование в нефтедобывающей промышленности.

В частности, они были применены соискателем при изучении, проектировании и осуществлении промышленной эксплуатации верхнемеловых залежей нефти грозненских месторождений Малгобек-Вознесен-ско-Алиюртовское, Эльдарово, Брагуны, Старогрозненское и др. К настоящему времени разработка этих залежей практически завершена и по фактическим данным можно говорить о высокой эффективности выработки запасов при очень низкой себестоимости добычи нефти.

Обоснованные в работе методы и принципы были использованы автором также при установлении геолого-промысловых особенностей, проектировании разработки, оценке состояния и реальных перспектив дальнейшей эксплуатации целого ряда залежей других регионов нашей страны и зарубежных стран. В том числе даны оценки величины упругого запаса и возможных технологий и систем разработки месторождения Тенгиз с учетом его геолого-промысловых особенностей, проанализирована весьма поучительная история изучения и разработки нефтяных залежей месторождений Долни Дыбник и Котовское, выявлены особенности изменения коллекторских свойств продуктивных отложений й распределения запасов по месторождению Карачок, составлено технино-экономйческоё обоснование ввода в разработку Забегаловско-го месторождения, сделаны заключения по геолого-промысловой оценке и разработке нефтяной залежи в образованиях фундамента месторождения Белый Тигр и др.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы представлялись и докладывались на I (г.Ленинград, 1960 г.) и II (г.Грозный, 1962 г.) Всесоюзных совещаниях по трещинным коллекторам нефти и газа и на Ш (г.Москва, 1965 г.) Всесоюзном совещании по гранулярным и трещинным коллекторам нефти и газа; на Всесоюзном совещании по разработке нефтяных и газовых месторождений (г.Киев, 1961 г.); на Пятой научно-технической конференции ГрозНИИ (г.Грозный, 1961 г.); на УШ (г.Гомель, 1967 г.), IX (г.Чернигов, 1968 г.) и X (г.Саратов, 1969 г.) Всесоюзных конференциях по гидродинамическим методам исследований нефтяных пластов и скважин; на ВДНХ СССР в 1973 г.; на Всесоюзных семинарах по разработке нефтяных месторождений во ВНИИнефть (г.Москва, октябрь 1969 г., июнь 1972 г., июнь 1975 г.); на Центральной комиссии по разработке нефтяных и нефтегазовых месторождений; на Международном симпозиуме по разработке нефтяных и газовых месторождений (Югославия, г.Дубровник, 1976 г.); на Международной научно-технической конференции по проблемам разработки нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами, трубопроводного транспорта и подземного хранения природного газа (Болгария, г.София, 1976 г.); на научно-практической конференции "Опыт и пути повышения эффективности разработки мезозойских залежей Чечено-Ингушетии" (г.Грозный, 1976 г.); на Первом Советско-Франско-Румын-ском симпозиуме по разработке нефтяных месторождений и методам увеличения нефтеотдачи (г.Москва, 1977 г.); на Международном симпозиуме по вопросам разработки нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами (Болгария, г.Варна, 1990 г.); на Международной научной конференции "Аномальные давления в нефтегазовых регионах" (США, г.Денвер, 1994 г.); на ХШ Губкинских чтениях - Международной бизнес-нонференции "Практические аспекты комплексного освоения нефтяных ресурсов" (г.Москва, 1994 г.); на научном семинаре Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина, РАЕН "Актуальные проблемы нефтегазовой и подземной гидродинамики" (г.Москва, апрель 1997 г.); на научном семинаре ВНИИнефть "Теория и практика разработки и эксплуатации нефтяных и нефтегазовых месторождений" (г.Москва, февраль 1998 г.).

Публикации

Прилагаемый список включает 73 основные печатные работы, опубликованные соискателем по теме диссертации, в том числе два научно-технических обзора, книгу и монографию.

Структура и объем работы

Диссертация выполнена в виде научного доклада, подготовленного на основе опубликованных работ соискателя, обобщенных и дополненных новыми материалами в его итоговой монографии "Изучение и разработка нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами" (М.: Наука, 1997. - 397 е.). Научный доклад включает введение, общую характеристику работы, краткое изложение ее содержания, заключение, представляющее в основном совокупность научных результатов и положений, выдвигаемых для публичной защиты, список основных опубликованных работ по теме диссертации.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Лебединец, Николай Павлович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано комплексное решение соискателем актуальной научной проблемы эффективной разработки массивных и массивно-пластовых нефтяных залежей с трещиноватыми коллекторами, имеющей важное народнохозяйственное значение. Научные разработки соискателя были успешно применены им при геолого-промысловой оценке, проектировании разработки и промышленном освоении целого ряда отечественных и зарубежных месторождений.

Для публичной защиты соискателем выдвигается следующая совокупность научных результатов и положений.

1. Результаты исследований залежей, определяющие эффективное перераспределение давления в трещиноватых толщах в процессе разработки, большое влияние инерционных сопротивлений на фильтрационное движение жидкости, закономерное изменение по высоте структур кол-лекторских свойств продуктивных отложений и удельного содержания нефти в породе.

2. Методы и результаты исследований нелинейной фильтрации жидкости, включающие совмещение в окрестностях скважин линейных и нелинейных решений, применение анализа размерностей, введение критерия подобия фильтрационных сред, формирование единой зависимости между безразмерными параметрами фильтрации, получение аналитических решений, характеризующих работу скважин, выявление уменьшения степени их взаимодействия и предельных безводных или безгазовых дебютов .

3. Методы прогнозирования и анализа разработки залежей, включающие определение показателей эксплуатации, оценку коэффициентов нефтеизвлечения, начальных извлекаемых запасов нефти, коэффициентов охвата, устойчивости вытеснения, оптимизацию разработки в поздний период, отличающиеся использованием уравнения упругого материального баланса, количественным учетом неравномерного распределения запасов, специальным моделированием залежей и процессов их эксплуатации.

4. Технологические принципы эффективной разработки залежей, предусматривающие использование упругого запаса для добычи нефти, ППД на уровне давления насыщения (или гидростатического давления), применение в качестве оптимальной одной относительно редкой сетки скважин при поинтервальном дренировании в них продуктивных отложений, осуществление эксплуатации скважин и залежей с повышенными де-битами и темпами отбора нефти и обеспечивающие достижение высоких коэффициентов нефтеизвлечения при ограниченном водонефтяном факторе.

5. Результаты анализа и обобщения опыта разработки залежей, которые показали особенности обводнения скважин и залежей, высокую эффективность гравитационного перераспределения пластовых флюидов, отсутствие значительных техногенных последствий разработки месторождений, высокую технологическую и технико-экономическую эффективность предложенных систем разработки залежей, достаточно полный учет их особенностей при проектировании и осуществлении разработки, необходимость использования обобщенного опыта при освоении новых месторождений.