Современные тенденции развития технологии нестационарного заводнения (на примере месторождения Кумколь) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 07.00.10, кандидат наук Велиев Элшад Мубаризович

• Велиев Элшад Мубаризович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Велиев Элшад Мубаризович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ЗАВОДНЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ

НЕСТАЦИОНАРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

1.1 Общие положения

1.2 Основные вопросы создания и развития технологии нестационарного 11 заводнения как метода повышения нефтеотдачи неоднородных по 18 проницаемости коллекторов

1.3 Условия эффективного применения технологий нестационарного воздействия

1.4 Разновидности технологий нестационарного воздействия

1.5 Вопросы технической реализации технологии нестационарного воздействия

1.6 Опытно-промысловые испытания технологии нестационарного заводнения Выводы по главе 1 31 ГЛАВА 2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И РАЗРАБОТКА 31 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КУМКОЛЬ

2.1 Общие сведения

2.2 Геологическое строение продуктивных горизонтов месторождения Кумколь

2.3 Свойства нефти

2.4 Анализ состояния разработки эксплуатационных объектов 74 месторождения Кумколь (лицензионный участок АО «Тургай-Петролеум») Выводы по главе

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

НЕСТАЦИОНАРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ 76 ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

3.1 Общие положения

3.2 Применение нестационарного заводнения в коллекторе с неоднородным

по разрезу полем проницаемости. Используемая модель

3.3 Зависимость эффективности технологии нестационарного заводнения от соотношения проницаемостей высокопроницаемого и низкопроницаемых слоев

3.4 Зависимость эффективности технологии нестационарного заводнения от «стартовой» обводненности добываемой продукции участка

3.5. Зависимость эффективности технологии нестационарного заводнения от продолжительности полупериода работы/простоя нагнетательных скважин в цикле

3.6. Технология нестационарного воздействия, предусматривающая периодическую 101 работу добывающих и нагнетательных скважин в противофазе

Выводы по главе

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМЫХ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ КУМКОЛЬ 104 ТЕХНОЛОГИЙ НЕСТАЦИОНАРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ (2009-2013 гг.)

4.1 Общие положения

4.2 Анализ эффективности нестационарного заводнения на участках 131 эксплуатационных объектов месторождения Кумколь

Выводы по главе

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМОЙ В 2014 ГОДУ ТЕХНОЛОГИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗВИТИЮ 134 НЕСТАЦИОНАРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОБЪЕКТАХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КУМКОЛЬ

5.1 Общие положения

5.2 Анализ результатов программы нестационарного заводнения 135 эксплуатационных объектов месторождения Кумколь в 2014 году

5.3 Рекомендации по применению технологии нестационарного заводнения в 144 зимний период на участке № 2 первого эксплуатационного объекта

5.4 Сочетание нестационарного заводнения с периодической работой добывающих скважин

5.5 Рекомендации по расширению и дальнейшему развитию нестационарного заводнения на эксплуатационных объектах месторождения Кумколь 176 Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Современные тенденции развития технологии нестационарного заводнения (на примере месторождения Кумколь)»

Актуальность темы исследования

История создания и развития каждой новой технологии проходит ряд этапов. Применительно к технологии нестационарного воздействия в разработке нефтенасыщенных коллекторов можно выделить следующие периоды: 1) создание технологии (конец 50-х - начало 60-х годов прошлого столетия); 2) экспериментальное обоснование технологии (первая половина 60-х - конец 60 -х годов прошлого столетия); 3) теоретическое обоснование технологии (вторая половина 60 -х - начало 70-х годов прошлого столетия); 4) опытно-промышленное испытание технологии (60-70 года прошлого столетия); 5) массовое применение технологии (вторая половина 70-х конец 80-х годов); 6) снижение интереса к технологии, уменьшение числа применения технологии НЗ (начало 90-х - конец - 90 -х годов); 7) возрождение интереса к технологии нестационарного воздействия (первая половина 2000-х годов); 8) увеличение числа применения НЗ, применение НЗ в разработке залежей высоковязкой нефти (вторая половина 2000-х по настоящее время). Каждый из этапов сопровождался интенсивными исследованиями, как в теоретическом, так и в опытно-промысловом направлениях. Изучались возможности комбинирования технологии нестационарного воздействия с другими технологиями, например, с технологиями изменения направления фильтрационных потоков, с технологиями теплового воздействия, водогазового воздействия и др.

Постоянный интерес к технологии нестационарного воздействия объясняется следующими особенностями. При разработке высокопродуктивных неоднородных по проницаемости коллекторов за счет опережающего заводнения высокопроницаемых зон (слоев, пропластков) происходит неравномерная выработка запасов нефти. При этом в зависимости от соотношения проницаемостей низкопроницаемых и высокопроницаемых слоев, соотношения вязкостей нефти и воды и других факторов обводненность добываемой продукции может достигать предельных значений при невысоких отборах от начальных извлекаемых запасов нефти. Данная ситуация, когда обводненность достигает и даже превышает предельные значения, а в пластах остаются значительные объемы подвижных запасов нефти, достаточно часто встречается при разработке нефтяных месторождений. Особенно ярко это проявляется на залежах высоковязкой нефти.

Наиболее часто применяемым методом в решении проблемы снижения обводненности являются технологии ограничения притока воды и потокоотклоняющие технологии. Данные виды технологий предполагают ограничение движения воды по высокопроницаемым интервалам пласта за счет закачки в них специальных тампонирующих составов. Как показывает практика, устойчивого положительного эффекта от применения таких технологий можно добиться при закачке больших объемов тампонирующих составов. В противном случае,

область воздействия ограничивается околоскважинной зоной, что зачастую является недостаточным для получения положительного экономического эффекта.

В отличие от затратных технологий ограничения водопритока и потокоотклоняющих технологий, нестационарное заводнение (НЗ) является практически бесплатной технологией. Опыт применения нестационарного заводнения на месторождениях бывшего Советского Союза показал хорошую технологическую и экономическую эффективность технологии НЗ. Вместе с тем, необходимо отметить, что теория и практика применения нестационарного заводнения разрабатывались для условий, когда обводненность добываемой продукции существенно ниже предельных значений. Для разработки высокопродуктивных неоднородных по проницаемости коллекторов, обводненность которых близка и даже превышает предельное значение, встает вопрос о применимости нестационарного заводнения. Более того, значительные отборы жидкости из высокопродуктивного коллектора при недостаточной мощности системы поддержания пластового давления (ППД) предполагает быстрое снижение пластового давления. Возможно ли применение в таких условиях нестационарного воздействия? Решению данных вопросов и посвящена настоящая диссертационная работа.

Степень разработанности темы. Основы метода нестационарного заводнения были заложены в 60-х годах прошлого столетия в работах таких ученых, как Боксерман А.А., Губанов А.И., Желтов Ю.П., Кочешков А.А., Оганджанянц В.Г., Сургучев М.Л. Метод практически сразу вошел в список рекомендуемых технологий повышения нефтеотдачи. В 7080-е годы прошлого столетия технология переживает период бурного развития. Технология НЗ в разных модификациях (в том числе и в сочетании с технологией изменения направления фильтрационных потоков) широко применялась на многих нефтяных месторождениях Советского Союза. В этот период необходимо отметить работы следующих ученых: Атанов Г.А., Баренблатт Г.И., Бочаров В.А., Гавура В.Е., Цынкова О.Э., Шарбатова И.Н., Горбунов А.Т., Муслимов Р.Х. и др. За рубежом случаи применения технологии нестационарного заводнения единичны.

В 90-е годы наблюдается спад интереса к технологии НЗ по ряду причин. В новом столетии в работах таких ученых, как Бакиров И.М., Владимиров И.В., Гафаров Ш.А., Крянев Д.Ю., Насыбуллин А.В. и другие продолжается изучение возможностей метода. Было показано, что технология НЗ является эффективной в разработке залежей высоковязкой нефти (Владимиров И.В., Пичугин О.Н, Горшков А.В., Альмухаметова Э.М.). В настоящее время наблюдается повсеместное возрождение интереса к технологиям нестационарного воздействия.

Цель работы - обобщение исторического опыта применения технологии нестационарного воздействия и определение основных направлений развития технологии в настоящее время. На основе данного исследования предложить пути повышения эффективности действующих систем разработки, эксплуатирующих высокопродуктивные

неоднородные по проницаемости коллекторы, в результате применения нестационарного воздействия в сочетании с периодической работой добывающих скважин.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1 Изучение опыта применения технологии нестационарного заводнения на месторождении Кумколь, анализ эффективности применяемых видов технологии.

2 Анализ структуры запасов нефти эксплуатационных объектов месторождения Кумколь; анализ выработки запасов нефти; определение объемов недренируемых запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых слоях коллектора.

3 Теоретическое исследование условий эффективного применения нестационарного заводнения на залежах нефти, находящихся в заключительной стадии разработки.

4 Обоснование применения периодической работы высокообводненных добывающих скважин совместно с циклической закачкой воды.

5 Разработка программы развития нестационарного заводнения на месторождении Кумколь.

Объект исследования

Технология нестационарного воздействия в различных ее модификациях и применение ее в разработке высокопродуктивных послойно- и зонально-неоднородных по проницаемости коллекторов меловых и юрских горизонтов месторождения Кумколь.

Предмет исследования

Опыт применения технологии нестационарного воздействия на месторождении Кумколь; процессы фильтрации пластовых флюидов в неоднородных по проницаемости коллекторах при нестационарном воздействии; технологии нестационарного заводнения, периодической эксплуатации добывающих скважин.

Методы решения поставленных задач

Сформулированные в работе задачи исследований решались с применением рекомендованных в нефтяной промышленности гидродинамических симуляторов многофазной фильтрации. Исходная промысловая информация обрабатывалась с использованием современных методов статистики.

Научная новизна

1 Показано, что нестационарное заводнение является эффективным при любой «стартовой» обводненности (т.е. обводненности, при которой начинается циклическая закачка воды). При этом проявляется следующая особенность - эффект от НЗ тем меньше, чем выше «стартовая» обводненность.

2 Изменение длительности полуцикла работы/остановки нагнетательных скважин показало, что приращение коэффициента извлечения нефти (КИН) за счет НЗ всегда положительно для любой длительности полуцикла. При этом в зависимости КИН от длительности полуцикла имеется максимум эффективности НЗ. Но данный максимум

достаточно «размыт», поэтому продолжительность полупериода простоя/работы может задаваться в достаточно широких пределах. В зависимости от соотношения проницаемостей высоко- и низкопроницаемых слоев (к) имеются следующие тенденции расположения максимума КИН: при невысоких значениях отношения к максимум КИН смещается в сторону более коротких полупериодов, при высоких значениях к - в сторону более длинных полупериодов.

3 Выявлено, что на скважинах, совместно эксплуатирующих два объекта (единым фильтром), нестационарное заводнение с большей вероятностью будет иметь отрицательный эффект. Разнородность фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) и неоднородность поля пластового давления по разрезу таких скважин приводят к возникновению межпластовых внутрискважинных перетоков, что снижает эффективность циклического воздействия.

4 Показано, что логическим продолжением развития технологии НЗ на месторождении является комплексирование циклического заводнения с технологией изменения направления фильтрационных потоков и периодической эксплуатацией добывающих скважин.

Практическая ценность результатов работы

Полученные в диссертационной работе результаты используются для повышения эффективности действующих систем ППД в разработке сильно неоднородных по проницаемости высокопродуктивных коллекторов. Развитые в работе подходы могут быть использованы в качестве инженерных методик при проектировании технологий нестационарного заводнения. Предложенные рекомендации по расширению и модификации существующего на месторождении Кумколь метода нестационарного заводнения были внедрены на дополнительном участке НЗ первого эксплуатационного объекта. В результате внедрения рекомендаций по нестационарному заводнению, разработанных с участием автора, в 2014 г. получен эффект в 4.4 тыс. т дополнительно добытой нефти.

Положения, выносимые на защиту:

1 Детальный анализ геологических особенностей и состояния выработки горизонтов эксплуатационных объектов месторождения Кумколь показал, что в современных экономических условиях необходимо расширять применение технологии нестационарного заводнения;

2 Анализ применяемых технологий НЗ на месторождении Кумколь показал, что в настоящее время необходимо перейти к третьему этапу развития нестационарного заводнения -к комплексной технологии НЗ, включающей в себя периодическую работу высокообводненных добывающих скважин в противофазе с циклической работой нагнетательных скважин;

3 Разработаны направления развития технологий НЗ на месторождении Кумколь. Приведены методические подходы по практической реализации технологии НЗ.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность обосновывается применением при исследованиях стандартных гидродинамических симуляторов, рекомендованных для нефтедобывающей отрасли. В процессе обработки исходных данных использовались хорошо известные и апробированные методы математического моделирования и статистического анализа с использованием ПЭВМ. Рекомендации работы прошли апробации в промысловых условиях с положительным технологическим эффектом.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технических семинарах АО «Тургай-Петролеум» (г. Кызылорда, 2014 г.); семинарах ООО «Конкорд» (г. Москва, 2014-2017 гг.); XIV-ой международной научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2014 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2015 г.).

Личный вклад автора

Автор принимал участие в численных расчетах на гидродинамических моделях, в формировании основных выводов работы, в разработке программы совершенствования нестационарного заводнения и анализе результатов внедрения опытно-промышленных работ по применению НЗ на месторождении Кумколь.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 научных трудах, в том числе в 5 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. Владимирову И. В. за постоянный интерес и поддержку, а также сотрудникам ООО «Конкорд» (г. Москва) за помощь и полезные советы, высказанные в процессе выполнения диссертационной работы.

ГЛАВА 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ЗАВОДНЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ НЕСТАЦИОНАРНОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ

1.1. Общие положения

При разработке неоднородных по проницаемости коллекторов возникает ряд осложнений, приводящих к резкому снижению эффективности нефтеизвлечения. Хорошо известно, что при совместной разработке нескольких пластов, средние проницаемости которых значительно отличаются, происходит опережающее заводнение высокопроницаемых пластов при формировании остаточных запасов в низкопроницаемых пластах. Более сложным процессом является выработка запасов из пластов, в которых низко- и высокопроницаемые слои (пропластки) имеют гидродинамическую связь.

Сегодня задача о выработке запасов нефти из неоднородного по разрезу пласта является хорошо изученной в подземной гидродинамике (например, [1]). Рассмотрим секторную модель неоднородного по разрезу пласта (рисунок 1.1). На Рисунке 1.1, а показаны поля пористости (цвет) и проницаемости (изолинии, в мкм2). На Рисунке 1.1, б представлен процесс заводнения модельного пласта (цвет - водонасыщенность, изолинии - давление).

Рисунок 1.1 - Секторная модель неоднородного по разрезу пласта (по данным работы [1])

Описание модели приведено в работе [1]. Отметим, что рассматривался случай, когда вязкости вытесняемого и вытесняющего агентов были сопоставимы по величине |10/ц№ = 1.25.

На Рисунке 1.2 изображен процесс заводнения модельного пласта. Как и ожидалось, происходит быстрый прорыв воды по высокопроницаемому прослою. При полном заводнении

высокопроницаемого пропластка достигается предельная обводненность добываемой продукции. При этом остаточные запасы нефти сосредоточены в низкопроницаемых интервалах пласта.

й

I

I

I

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

I

Л

I

I

I

I

09

I

I

I

I

О

I

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1

Рисунок 1.2 - Изменение водонасыщенности и давления при заводнении неоднородного по разрезу пласта (по данным работы [1])

В результате опережающего заводнения высокопроницаемого слоя формируется техногенный водонефтяной контакт, имеющий значительную площадь простирания. При создании условий обмена флюидами между заводненной и нефтяной областями возможно вовлечь в разработку остаточные запасы частично заводненного пласта. В этом случае высокопроницаемый слой становится транспортным каналом для перетекшей из низкопроницаемых слоев нефти.

Возможностью создания перепадов давления между заводненным и нефтяным интервалами пласта обладает технология нестационарного воздействия (заводнения). В литературе также встречается название «упруго-капиллярный циклический метод разработки» ([2 - 6]).

Физические основы нестационарного заводнения были разработаны в 60-х годах прошлого века. В 1965 году ряд ученых из ВНИИ (Сургучев М.Л., Желтов Ю.П., Боксерман А. А., Губанов А.И., Оганджанянц В.Г., Кочешков А. А.) сформулировали основной принцип технологии НЗ: «Способ предусматривает увеличение упругого запаса пластовой системы путем периодического повышения и снижения давления нагнетания воды. Это является предпосылкой для возникновения внутри пласта нестационарных перепадов давления и соответствующих нестационарных перетоков жидкости между слоями (участками) разной проницаемости. При этом в полуцикл повышения давления нагнетания вода из слоев с большей проницаемостью внедряется в малопроницаемые слои, а в полуцикл снижения давления нефть из малопроницаемых прослоев перемещается в высокопроницаемую часть коллектора» [7, 8] (рисунок 1.3).

0.9-

0.8-

0.8

0.7-

0.6-

0.6-

0.5

0.3-

0.3-

0.2

Полуцикл повышения давления Полуцикл снижения давления

^ ^ Низкопроницаемый, малопористь й Низк опроницаемы ш, малопори стый

Высокопроницаемый, высокопор! - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 стый 111111111111---- Высокопроницаемый, высокопористый ................................

Рисунок 1.3 - Возникновение межслойных перетоков жидкости в течение полуциклов снижения и повышения давления

1.2 Основные вопросы создания и развития технологии нестационарного заводнения как метода повышения нефтеотдачи неоднородных по проницаемости коллекторов

1.2.1 История создания технологии

Впервые положение о возможности эффективного применения циклического заводнения было сформулировано в конце 50-х годов М.Л. Сургучевым в результате проведенного анализа разработки месторождений Куйбышевской области. Было показано, что реконсервация залежи пласта Б2 месторождения Яблоновый Овраг и заводнение основного пласта Ново-Степановского участка Калиновского месторождения, которое по техническим и природно-климатическим причинам носило периодический характер, привели к снижению обводненности добываемой продукции и повышению эффективности нефтеизвлечения по этим объектам [90].

Приближенные расчеты, выполненные М.Л. Сургучевым для двухслойного пласта, показали, что создание в залежи нестационарного состояния путем изменения режима работы нагнетательных скважин приводит к интенсификации добычи нефти из продуктивного пласта

[91, 92].

На основании этих предварительных исследований в 1964 году на Покровском месторождении Куйбышевской области и в 1965 г. на Выгодской залежи Долинского месторождения на Украине были успешно проведены испытания циклического заводнения продуктивных пластов [2].

1.2.2 Экспериментальные исследования технологии нестационарного заводнения

В области лабораторно-экспериментальных исследований, направленных на раскрытие физической сущности метода, известны работы В.Г. Оганджанянца, А.А. Боксермана, К.Э. Музафарова, М.Л. Коджаева, А.А. Кочешкова. [93-95 ]

Экспериментальные исследования проводились на модели пористой среды. Лабораторные модели пористой среды воспроизводили наличие элементов малопроницаемых включений, блоков трещиновато-пористой среды, малопроницаемых слоев в слоистом пласте.

Из физической сущности нестационарного заводнения следует, что эффективность технологии зависит от степени капиллярного удержания воды, внедренной в малопроницаемые прослои. Исследованию этого вопроса была посвящена первая серия экспериментов. Боксерманом А.А. и др. изучалась зависимость полноты капиллярного удержания воды в малопроницаемых элементах пласта от продолжительности циклов [93]. На основе полученных результатов сделан вывод о том, что степень удержания малопроницаемыми слоями внедрившейся в них воды зависит от продолжительности полуцикла снижения давления нагнетания. Показатели циклического воздействия с точки зрения полноты использования воды, принудительно внедряемой в малопроницаемые элементы пласта, с увеличением продолжительности циклов улучшаются. Однако, чрезмерное увеличение продолжительности циклов приводит к снижению темпа извлечения нефти из пласта.

Эксперименты, проведенные Боксерманом А.А. и др. на моделях пористой среды, позволили установить важную особенность процесса: для обеспечения условий полного капиллярного удержания воды без существенного снижения скорости извлечения нефти продолжительности циклов должны быть неодинаковы, возрастая с некоторого минимального значения до максимальной экономически допустимой величины.

Вторая серия опытов показала, что для полного капиллярного удержания воды в пористой среде при максимально возможной скорости извлечения нефти продолжительности циклов должны возрастать по закону квадратичной параболы.

Эксперименты показали, что в пористой среде непрерывно происходит капиллярное перераспределение воды независимо от стадии процесса при повышении или понижении пластового давления. При этом наряду с капиллярным перераспределением воды, внедренной в пористую среду принудительно, при циклическом воздействии на пласт, так же как и при стационарном заводнении, происходит противоточное капиллярное вытеснение нефти водой. В пористых средах объем воды в высокопроницаемых слоях достаточно велик и капиллярная противоточная пропитка может наблюдаться на всех стадиях цикла. В этом случае эффективность циклического процесса определяется эффектами капиллярного перераспределения воды, принудительно закачанной в малопроницаемые включения повышением пластового давления, и противоточной капиллярной пропиткой, происходящей независимо от периодичности процесса заводнения. В трещиновато-пористых средах проявлением противоточной пропитки можно пренебречь, так как объем воды, содержащийся в трещинах, по сравнению с поровым объемом невелик и вода быстро капиллярно внедряется в нефтесодержащие блоки. В трещиновато-пористых коллекторах эффективность

нестационарных процессов определяется прежде всего капиллярным перераспределением воды, принудительно внедренной в блоки.

При проведении экспериментов были воспроизведены следующие условия:

• объем воды, содержащийся в высокопроницаемых участках или трещинах, неограничен и достаточен как для полного капиллярного перераспределения принудительно внедренной воды, так и для обеспечения процесса капиллярной противоточной пропитки при установленной оптимальной продолжительности циклов;

• объем воды, содержащийся в высокопроницамых участках или трещинах, недостаточен для полного проявления противоточной капиллярной пропитки;

• между стадиями повышения и понижения давления происходит только капиллярное перераспределение нефти и воды.

Максимальная эффективность нестационарного заводнения наблюдалась в первом случае при неограниченном объеме воды, содержащейся в высокопроницаемых участках или трещинах. Наихудший результат был получен в третьем случае. Условие последнего эксперимента ближе всего соответствует условиям осуществления циклического заводнения трещинно-пористых коллекторов, в которых объем трещин пренебрежимо мал по сравнению с поровым объемом блоков.

В работе [94] приведены результаты исследований влияния начальной водонасыщенности порового пространства на процесс капиллярного перераспределения нефти и воды при циклическом воздействии на пласт. Экспериментальные результаты, полученные Боксерманом А.А. и др., показали, что начальное водосодержание поровой среды способствует более скорому капиллярному перераспределению воды, принудительно внедряемой в малопроницаемые элементы неоднородного пласта; чем выше начальное водосодержание, тем интенсивнее происходит капиллярное перераспределение жидкостей.

В результате лабораторных исследований, направленных на изучение влияния вязкости нефти на эффективность нестационарных процессов, установлено, что при циклическом заводнении темп извлечения запасов нефти с увеличением вязкости до 10 мПа*с снижается незначительно. Был сделан вывод о целесообразности применения циклического заводнения в пластах, насыщенных нефтью средней вязкости [95].

Таким образом, экспериментальные исследования, проведенные в 60-х годах, позволили не только раскрыть физическую сущность циклического заводнения, но и выявить основные факторы, определяющие его эффективность.

1.2.3 Теоретические исследования технологии нестационарного заводнения

Теоретическое обоснование циклического заводнения пластов было дано в 60-х годах М.Л. Сургучевым, А.А. Боксерманом, Ю.П. Желтовым, В.Г. Оганджанянцем и др. [96-99]. Первая оценка перетоков пластовых флюидов при переменном давлении на линии нагнетания

была выполнена в 1967 году в работе А. А. Боксермана и Б.В. Шалимова [98]. С применением сложных формул был математически представлен первый цикл процесса, при этом решалась задача определения количества жидкости, перетекающей при импульсном нагнетании из одного пропластка в другой под влиянием градиента давления, направленного перпендикулярно напластованию. Ввиду сложности математического сопровождения методика расчета практического применения не нашла, но она послужила толчком для развития теоретических основ циклического метода заводнения.

В дальнейшем А.А. Боксерман и др. в работе [7] и В.Г. Оганджанянц [99] изучали вопросы неустановившейся фильтрации несмешивающихся жидкостей в пласте при периодическом изменении давления или расхода воды на линии нагнетания. Во всех этих работах реальный пласт представлялся в виде двухслойной системы с различной характеристикой слоев.

В начале 70-х годов во ВНИИ под руководством О.Э. Цынковой была создана математическая модель нестационарных процессов [100]. Это ускорило проведение теоретических исследований циклического заводнения и послужило основой для проектирования технологий нестационарного заводнения на нефтяных месторождениях. В основе математического моделирования процесса лежит двухслойная геологическая модель пласта. Реальный слоистый пласт, представляющий собой набор слоев с разной толщиной и проницаемостью, заменяется двухслойным. В первый слой группируются все прослои с проницаемостью больше средневзвешенной по толщине проницаемости эксплуатационного объекта, образуя высокопроницаемый слой модели. Ко второму слою отнесены прослои с меньшей проницаемостью по сравнению со средней по объекту - низкопроницаемый слой модели. Оба слоя характеризуются средними значениями проницаемости, толщин. В методике ВНИИ основным показателем является проницаемостная неоднородность пласта У= (К1-1) (1-К2), где К1 и К2 - безразмерные значения проницаемости высоко - и низкопроницаемого слоя (средняя величина проницаемости слоя относительно средней проницаемости всего пласта). Другим показателем геологического строения пласта является коэффициент литологической связанности прослоев по разрезу Ксв, выражаемый отношением площади слияния коллекторов к общей площади рассматриваемой залежи или участка пласта. Кроме того, геологическая модель пласта характеризуется такими параметрами, как коэффициент удержания воды Р, упругоемкость Р* и пьезопроводность

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Велиев Элшад Мубаризович, 2018 год

* -

Л

ж/ - , А— -1-- ■ ■ ~ —♦— -Ф-»

: —■-И—

700 >

600

500

400 ё

300

200 °

100 8

56

О О О О

СО О ООО ООО

со -ч- ю _ _ о о о о о о о о

(О со о о

О О О О 100000

34

о о о о

22222222222222 год

Рисунок 2.23 - Динамики текущих показателей среднегодовых дебитов и приемистости третьего эксплуатационного объекта месторождения Кумколь

0

Анализ состояния выработки запасов нефти эксплуатационных объектов месторождения

Кумколь

В таблице 2.13 приведены данные по геологическим и извлекаемым запасам эксплуатационных объектов месторождения (л.у. АО «Тургай-Петролеум»).

На 01.01.2015 г. текущий КИН составил 0.457 д.ед. Текущая обводненность в целом по месторождению превышает 97.0 %. Очевидно, что при обводненности 98 % утвержденный КИН не будет достигнут (рисунок 2.24, д).

С помощью метода характеристик вытеснения определим, какие запасы нефти остаются на сегодня в зоне действия системы разработки. Анализ полученных данных показывает, что на текущий момент действующей системой разработки вовлечено в дренирование только 78.1 % от утвержденных НИЗ (рисунок 2.28, д). Остальные запасы (более 21 %) остаются вне зоны дренирования.

Рассмотрим выработку запасов нефти по эксплуатационным объектам.

I объект разработки (горизонты М1+2) (рисунок 2.24, а)

Текущий КИН на 01.11.2014 г. равен 0.448 д.ед. при обводненности 97.5 %. Отбор от НИЗ - 76.1 %. В зоне действия системы разработки находится 78.0 % от утвержденных НИЗ. При предельной обводненности утвержденный КИН не будет достигнут.

II объект разработки (горизонты Ю1+2) (рисунок 2.24, б)

Текущий КИН - 0.431 д.ед. Обводненность - 95.5 %. Отбор от НИЗ - 70.4 %. В зоне действия системы разработки находится 73.8 % от утвержденных НИЗ. При предельной обводненности утвержденный КИН не будет достигнут.

Таблица 2.13 - Показатели выработки запасов нефти эксплуатационных объектов месторождения Кумколь (л.у. АО ТП) по состоянию на 01.11.2014 г. [54]

Объект разработки начальные запасы, тыс.т накопленная добыча нефти, тыс.т текущая добыча нефти, тыс.т текущая обводненность, % текущий КИН, д.ед. проектный КИН, д.ед. Темпы выработки запасов от, % Кратность текущих запасов, лет Темп падения добычи нефти, тыс.т/год

геологические извлекаемые НИЗ, введенные в разработку НИЗ ТИЗ от утвержденных НИЗ от НИЗ введенных в разработку

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

I 27685 16302 12726 12488 479 97.5 0.451 0.589 2.9 12.6 8.0 0.5 96.2

II 41249 25272 18643 17859 454 95.5 0.433 0.613 1.8 6.1 16.3 1.7 99.2

III 17484 10358 9451 9251 191 97.6 0.529 0.592 1.8 17.2 5.8 1.0 55.2

IV 627 271 224 218 3 97.5 0.348 0.432 1.1 5.8 17.3 1.8 0.5

Итого 87045 52203 41043 39816 1126 97.0 0.457 0.600 2.2 9.1 11.0 1.1 251.1

0.7

5 0.4

i 0.3

0.1 -

0.7

0 10 20 30 40 50 60 70

Обводненность, %

г -

0.

_ 0.6

0.5

а)

Текущий КИН Утвержденный КИН

Доля НИЗ, вовлеченных в разработку, %

<f 0.4 Ч

Ü 0.3

0.2

0.1

100 90

80 Ш х

70!

s ^

605 *

Ц ь

m о

50 о «5 QQ Ш

40g Ü

30 g

о

20Ч

10

30 40 50 60 70 Обводненность, %

в)

100

Текущий КИН Утвержденный КИН ■Доля НИЗ, вовлеченных в разработку, %

0.6

0.5 -

Ч 0 4

о

0.3

0.2

0.1

80

70

60

50

40

30

20

10

о х

ц t

ш о

о ю

ю гв

, о.

« Я то

5 а

0 -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1- 0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Обводненность, %

б)

0.5

0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

Текущий КИН

Утвержденный КИН

Доля НИЗ, вовлеченных в разработку,

00 % 0

80

70 =

60

50

40

-- 30

20

0) & 5 *

ш о

2 <о

00 (Q

п п s га

10 0

30 40 50 60 70 Обводненность, %

г)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

¡3 Б

0 Ю

m ш

, о.

П п

1 а

к §

Ч

0 20 40 60 80 100 обводненность, д.ед.

а) I объект (М1+2); б) II объект (Ю1+2); в) III объект (Ю3); г) IV объект (Ю4); д) в целом по л.у. АО «Тургай-Петролеум» Рисунок 2.24 - Зависимости текущего КИН и доли НИЗ, введенных в разработку, от текущей обводненности добываемой продукции для эксплуатационных объектов месторождения Кумколь

(л.у. АО ТП

0.5

0.2

0

0

0

III объект разработки (горизонты Ю3) (рисунок 2.28, в)

Текущий КИН - 0.527 д.ед. Обводненность - 97.6 %. Отбор от НИЗ - 89.0 %. В зоне действия системы разработки находится 91.2 % от утвержденных НИЗ. При предельной обводненности утвержденный КИН не будет достигнут.

Сложившаяся на сегодня ситуация в разработке эксплуатационных объектов месторождения Кумколь характеризуется следующими чертами: высокая текущая обводненность добываемой продукции (в среднем более 97.0 %) при показателях отбора проектных НИЗ в среднем не выше 76.3 %. Темпы роста обводненности не соответствуют уровню отбора начальных извлекаемых запасов нефти.

Проектные значения КИН эксплуатационных объектов имеют высокие значения (рисунок 2.25) и практически совпадают по величине с коэффициентом вытеснения, что подразумевает полный охват воздействием всего нефтенасыщенного объема коллектора. Однако коллекторы горизонтов М1, М2, Ю1, Ю2, Ю3 характеризуются высокой неоднородностью поля проницаемости как по разрезу, так и по латерали, наличием обширных контактных водонефтяных зон. Поэтому, несмотря на близкие значения вязкости нефти и воды, плотную сетку скважин и развитую систему заводнения, коэффициент охвата не может равняться единице.

0.900-,

5f 0.800

,

X s >3 0.700

ь: со

2 о з s I о 0.600

0.500

X

о s

н ^ 0.400-

к о

I ф о 0.300-

т н

го I о 0.200

п о

о. с 0.100

0.000

ОНИЗ проектный КИН текущий КИН

Итого

Рисунок 2.25 - Проектные показатели разработки эксплуатационных объектов

месторождения Кумколь

Ранее в работе [51] было убедительно показано, что большая часть текущих запасов нефти расположена в низкопроницаемых прослоях коллектора, выработка которых будет происходить при обводненности выше предельной. Поэтому достижение проектных значений КИН возможно только с применением технологий увеличения нефтеотдачи. При наличии гидродинамической связи между высоко- и низкопроницаемыми прослоями необходимо применять нестационарное воздействие. При отсутствии гидродинамической связи между

слоями коллектора эффективным будет применение технологий селективной водоизоляции в добывающих скважинах и потокоотклоняющих технологий в нагнетательных.

На рисунках 2.26 - 2.28 представлены карты плотности текущих подвижных запасов нефти первого, второго и третьего эксплуатационных объектов месторождения Кумколь с текущими (за 2014 год) отборами нефти, жидкости и закачкой воды. Видно, что выработка запасов нефти произошла неравномерно, с образованием обширных заводненных зон и целиков нефти, что связано как с неоднородностью поля проницаемости коллектора, так и с неравномерностью воздействия системы разработки. Карты построены по данным гидродинамического моделирования постоянно действующих эксплуатационных объектов.

На Рисунке 2.29 представлены карты плотности текущих подвижных запасов нефти и подвижных запасов, расположенных в низкопроницаемых слоях коллектора горизонта Ю3. Локализации остаточных запасов и запасов, расположенных в низкопроницаемых слоях коллектора, в основном совпадают.

Таким образом, большая часть текущих запасов нефти расположена в низкопроницаемых прослоях коллектора, выработка которых будет происходить при обводненности выше предельной. Поэтому достижение проектных значений КИН возможно только с применением технологий увеличения нефтеотдачи.

Для снижения себестоимости добычи нефти при столь высокой обводненности добываемой продукции является необходимым применять дешевые и эффективные технологии. Ниже будет показано, что технология нестационарного заводнения, применяемая на участке первого эксплуатационного объекта, имеет положительную эффективность. Стоимость данной технологии ничтожна, эффект - значим. Вторая технология, которая может быть эффективно внедрена на месторождении, - это технология интенсификации отборов жидкости. Очевидно, что применение данных технологий должно осуществляться на участках с повышенной плотностью подвижных запасов нефти, в том числе сосредоточенных в низкопроницаемых слоях коллектора.

На месторождении Кумколь нестационарное заводнение применяется с 2009 года. Опытно-промышленные работы (ОПР) по внедрению НЗ осуществлялись на трех участках первого и второго эксплуатационных объектов. В первые годы применения НЗ эффект был значимым. Однако к 2011 году на участке второго эксплуатационного объекта (горизонты Ю1 и Ю2) эффективность технологии стала отрицательной. Причины данного явления будут обсуждаться ниже. На первом эксплуатационном объекте технология НЗ применяется и поныне с положительным эффектом.

Плотность текущих подвижных запасов нефти, тыс.т/га

0.0 0.1 0.5 1.0 2.0 4.0

Условные обозначения

о - пластопересечение скважины • • внешний контур нефтеносности

внутренний контур нефтеносности

- зона замещения коллектора пласта плотными породами

внешний контур газоносности внутренний контур газоносности

- тектонические нарушения (разломы)

Добывающая скважина

344 Нагнетательная скважина В 1кв.см - 600000 куб.м. жидкости

Рисунок 2.27 - Карта плотности текущих подвижных запасов нефти второго эксплуатационного объекта месторождения Кумколь с текущими отборами жидкости

и закачкой воды (за 2014 г.)

Условные обозначения

о - пластопересечение скважины • • щщ— внешний контур нефтеносности

Рисунок 2.28 - Карта плотности текущих подвижных запасов нефти третьего эксплуатационного объекта месторождения Кумколь с текущими отборами жидкости и

закачкой воды (за 2014 г.)

Условные обозначения

а-

внешний контур нефтеносн внутренний контур нефтенс

внешний контур газш внутренний контур га

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

0.0 0.1 0.5 1.0 2.0 4.0

замещения

екшра пл

и породами

е наруш

а) б)

Рисунок 2.29 - Карты плотности текущих подвижных запасов нефти (по данным ГДМ) (а) и плотности подвижных запасов нефти, расположенных в низкопроницаемых слоях коллектора (б) горизонта Ю3 месторождения Кумколь

Термодинамическое состояние эксплуатационных объектов месторождения Кумколь

Динамика среднего пластового давления эксплуатационных объектов месторождения Кумколь представлена на рисунке 2.30.

СООООСМ^СООООСМ^ СЛСЛОООООт-т-т-

сосооооооооо т-т-С\1С\1С\1С\1С\1С\1С\1С\1

год

Рисунок 2.30 - Динамика среднего пластового давления объектов месторождения Кумколь (данные получены по замерам пластового давления)

На рисунке 2.30 видно, что пластовое давление всех эксплуатационных объектов месторождения имеет ярко выраженную тенденцию к снижению. При этом в некоторые годы удавалось не только снизить темпы падения пластового давления, но и даже повысить величину пластового давления, однако общая тенденция снижения Рпл сохраняется. В настоящее время среднее пластовое давление в большей части нефтенасыщенного коллектора ниже давления насыщения нефти газом.

По состоянию на 01.11.2014 г. пластовое давление изменяется в широком диапазоне значений. Так, по первому эксплуатационному объекту среднее пластовое давление изменяется от 44.8 до 165 атм. По второму эксплуатационному объекту пластовое давление изменяется от 32 до 137 атм. По третьему эксплуатационному объекту пластовое давление изменяется от 44 до 120 атм. Карты текущих пластовых давлений приведены на Рисунках 2.31 - 2.33.

Снижение давления ниже давления насыщения нефти газом на втором и третьем эксплуатационных объектах, где нефть обладает большим газовым фактором, создает ряд осложнений. Для второго эксплуатационного объекта доля скважин с пластовым давлением ниже Рнас. превышает 88 % (177 скв.). То же самое наблюдается и для скважин третьего эксплуатационного объекта - около 40 % скважин (21 шт.) работает с пластовым давлением близким или ниже давления насыщения нефти газом.

2268 2370 2235

24»«22,691 2358

Условные обозначения

• - добывающая скважина, работающая на данный объект о - скважина, не работающая на данный объект

- нагнетательная скважина, работающая на данный объект т • • внешний контур нефтеносности

• • • внутренний контур нефтеносности

2423 2406

4 2432 2431

2433 2303 2276

Ю 2293

2415 ' "74" 2407

° .. 2476 2478 °

Текущее пластовое давление, атм.

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Условные обозначения

• - добывающая скважина, работающая на данный объект о - скважина, не работающая на данный объект

- нагнетательная скважина, работающая на данный объект » • • ^^ внешний контур нефтеносности • • ш внутренний контур нефтеносности

зона замещения коллектора пласта плотными породами

внешний контур газоносности внутренний контур газоносности

- тектонические нарушения (разломы)

•ч _ _ //

Текущее пластовое давление, атм.

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Условные обозначения

- добывающая скважина, работающая на данный объект о - скважина, не работающая на данный объект

- нагнетательная скважина, работающая на данный объект • внешний контур нефтеносности

» • • внутренний контур нефтеносности

+

о

- зона замещения коллектора пласта плотными породами

внешний контур газоносности внутренний контур газоносности

242° 2423

- зона газовой шапки

тектонические нарушения (разломы)

Текущее пластовое давление, атм.

45 55 65 75 85 95 105 115 125

Ранее в работах [55, 56] было показано, что давление насыщения нефти газом существенно зависит от свойств вмещающих пород коллектора. В глинистых коллекторах пороговое значение давления начала разгазирования нефти смещается в сторону увеличения (по данным [55] до 4 МПа). Процессы разработки неоднородных коллекторов в условиях частичного разгазирования нефти в пластовых условиях были изучены в работах [57 - 62]. В частности, отмечается, что «в пласте с газовыми зонами резко снижаются пластовые давления в области отбора и повышаются - в области закачки» [62]. При этом область свободного газа проявляется как зона ухудшенных фильтрационных свойств в пространстве между добывающими и нагнетательными скважинами.

Выводы по главе 2

1. Продуктивные горизонты месторождения Кумколь характеризуются высокой продуктивностью, высокой проницаемостью, являются расчлененными, неоднородными по проницаемости, имеют высокое содержание глинистых минералов.

2. Коллекторы пластов месторождения Кумколь имеют обширные зоны контактных ВНЗ. Поэтому система разработки пластов должна учитывать все особенности выработки запасов из водонефтяных зон.

3. Наблюдается изменение свойств нефти в процессе разработки на всех эксплуатационных объектах месторождения.

4. Снижение пластового давления ниже давления насыщения нефтью и высокий газовый фактор нефти второго и третьего эксплуатационных объектов способствуют образованию обширных зон свободного газа в пластовых условиях, что приводит к ряду осложнений в разработке нефтяных залежей.

5. На сегодня большая часть скважин месторождения (практически 64.2 % - 246 скв.) работает с обводненностью, близкой к предельной (более 95 %).

6. На 01.01.2015 г. текущий КИН месторождения Кумколь составил 0.455 д.ед. при обводненности 97.0 % и показателе отбора проектных НИЗ не выше 78.6 %. Темпы роста обводненности не соответствуют уровню отбора начальных извлекаемых запасов нефти. При существующей системе разработки проектный КИН при предельной обводненности 98 % достигнут не будет.

7. Большая часть текущих запасов нефти расположена в низкопроницаемых прослоях коллектора, выработка которых будет происходить при обводненности выше предельной. Поэтому достижение проектных значений КИН возможно только с применением технологий увеличения нефтеотдачи. При наличии гидродинамической связи между высоко- и низкопроницаемыми прослоями необходимо применять нестационарное воздействие.

8. Обращает внимание низкое пластовое давление всех эксплуатационных объектов. На сегодня в большей части нефтенасыщенного объема коллектора пластовое давление снизилось ниже давления насыщения нефти газом.

9. Для повышения эффективности действующей системы разработки необходимо расширить области применения нестационарного заводнения. В зонах отбора с низким пластовым давлением необходимо применение НЗ в сочетании с периодической остановкой высокообводненных большедебитных добывающих скважин. При этом необходимо согласовать периодическую работу добывающих и воздействующих нагнетательных скважин таким образом, чтобы интенсифицировать обмен жидкостью между низкопроницаемыми и высокопроницаемыми слоями в большей части межскважинного пространства.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

3.1 Общие положения

Несмотря на богатый опыт применения технологий нестационарного заводнения (НЗ) на нефтяных месторождениях бывшего СССР [5], для дальнейших исследований остается обширное поле проблем, связанных как с чисто теоретическими вопросами нестационарного воздействия, так и с задачами практического применения технологии.

Нестационарное заводнение создавалось как метод повышения нефтеотдачи пластов в разработке «мощных слоисто-неоднородных пластов с хорошей гидродинамической связью между прослоями» [63], а «также трещиновато-пористых коллекторов» [64]. При этом накладывались жесткие условия на величину вязкости нефти, для которой НЗ будет эффективным. Фактически, по данным ряда исследователей: «вязкость пластовой нефти должна быть в тех же пределах, что и при стационарном заводнении 0,4...25,0 мПа-с» [2, 3]. Однако имеются работы, показывающие эффективность применения НЗ на коллекторах высоковязкой нефти с вязкостью более 200 сП [65 - 69].

Наиболее эффективным нестационарное заводнение является при разработке высокопродуктивных послойно неоднородных по проницаемости коллекторов, насыщенных маловязкой нефтью с высоким газовым фактором. Данные положения эффективного применения технологии нестационарного заводнения идеально соответствуют условиям месторождения Кумколь.

Опыт применения нестационарного заводнения на эксплуатационных объектах месторождения Кумколь продемонстрировал наличие ряда нерешенных проблем. Основной вопрос заключается в правильном подборе параметров технологии НЗ - амплитуде и частоте периодического воздействия. Коллектор горизонтов месторождения представляет собой сложное образования в плане структуры пустотности. Амплитуда воздействия в основном определяется возможностями системы ППД и способностями коллектора к поглощению больших объемов воды. Частота воздействия - более неопределенный параметр. Ниже мы рассмотрим вопросы, связанные с определением частоты воздействия на неоднородный коллектор при нестационарном воздействии [70 - 72]. Однако, можно отметить, что для месторождения Кумколь пустотное пространство коллектора имеет сложную многоуровневую структуру. В коллекторе есть поровые объемы с разной проницаемостью, высокопроницаемые слои, имеющие значительное распространение по площади залежей, фильтрационные каналы с очень высокой проницаемостью (трещины, суперколлектор). Кроме того, в коллекторе присутствуют сразу три фазы пластовых флюидов - нефть, вода, свободный газ.

Другой важный с точки зрения практического применения НЗ вопрос - это проблема применимости циклического воздействия при обводненности добываемой продукции близкой к предельным значениям (95...98 % и выше). Все работы, посвященные циклическому воздействию, не указывают прямо, при каких предельных значениях обводненности эффект от НЗ становится незначительным. В связи с этим ниже мы рассмотрим задачи применения НЗ при разной стартовой обводненности [73].

Третий нерешенный вопрос применительно к месторождению Кумколь - это возможность применения при высокой обводненности добываемой продукции циклической работы добывающих и нагнетательных скважин в противофазе. Данный вопрос имеет не только технологический аспект, но и определяется в основном экономическими соображениями [74].

Представленный выше материал показывает актуальность продолжения научных изысканий в области теории нестационарных процессов в сложно-построенных коллекторах. Ниже на основе гидродинамического моделирования мы постараемся выяснить условия успешного применения нестационарного воздействия и определить, как повлияет применение циклической закачки воды на конечную нефтеотдачу пласта.

3.2 Применение нестационарного заводнения в коллекторе с неоднородным по разрезу полем проницаемости. Используемая модель

Исследование процессов фильтрации при при нестационарном заводнении проводилось на гидродинамической модели гипотетической залежи нефти. Расчеты проводились в пакете гидродинамического моделирования Roxar «Tempest-More» 6.7.1 [75].

Рассмотрим участок залежи размерами 1000 х 1000 х 10 м (рисунок 3.1).

Начальная нефтенасыщенность коллектора изменяется по разрезу пласта от S0 = 0.86 д.ед. в подошве до S0 = 0.87 д.ед. в кровле. Начальные пластовые давление P0 = 11.6 МПа и температура T0 = 51 °С.

Плотность и вязкость воды в пластовых условиях составили 1.10 г/см3 и 0.83 сП соответственно. Плотность нефти в поверхностных условиях 0.800 г/см3. В пластовых условиях вязкость нефти 2.7 сП, газосодержание 19 м3/м3. Давление насыщения нефти газом - 4.5 МПа.

Относительные фазовые проницаемости (ОФП) приведены на Рисунке 3.2.

Параметры модели соответствуют условиям первого эксплуатационного объекта месторождения Кумколь.

Участок залежи разбурен сеткой скважин с рядной схемой расположения нагнетательных и добывающих скважин. Среднее расстояние между нагнетательными и добывающими скважинами изменяется от 320 до 450 м.

Нефтенасыщенность, д.ед.

0.2010 0.3525 0.5039 0.0554 0.8008

Рисунок 3.1 - Куб текущей нефтенасыщенности неоднородного коллектора

с расположением скважин

0.8

И

о

* 1

1 \ — - Krow

» 1 - - -Pcow

0.6

0.4

* 0.2 0

0.2

0.4 0.6 Б^н, д ед.

а)

0.8

н

те

о

-Кгд Krog

0.2

0.4 0.6 Бд, д.ед.

б)

Рисунок 3.2 - ОФП модельного пласта для нефти, воды и газа в системах «нефть-вода» (а)

и «нефть-газ» (б)

Технологические условия разработки участка залежи следующие. Все добывающие и нагнетательные скважины запускаются в работу одновременно. В скважинах перфорирована вся толща пласта. Для нагнетательных скважин установлен максимальный порог приемистости в 1000 м3/сут при максимально возможном забойном давлении 200 атм. В качестве регулирующего параметра задается условие 100 %-ной компенсации отборов жидкости закачкой воды. На работу добывающих скважин ограничения не накладываются.

Условием прекращения расчетов является достижение предельной обводненности добываемой продукции в 98 %. Дополнительным условием сопоставимости результатов является требование на совпадение динамик накопленных объемов закачанной воды для

5

4

3

2

0

0

0

1

0

базовых и соответствующих вариантов с нестационарным заводнением. Данное требование позволило исключить влияние на результаты сопоставления эффектов значительного повышения (понижения) пластового давления при осуществлении нестационарного заводнения. Все указанные выше условия являются неизменными для всех рассмотренных ниже гидродинамических задач.

Для сопоставления результатов, полученных при разных значениях коэффициента проницаемости коллектора, предположим, что пористость коллектора (а значит и геологические запасы нефти) одинакова для всех рассматриваемых ниже задач. Пористость коллектора составляет т=0.29 д.ед. Начальные геологические запасы нефти - 2611.6 тыс. м3.

В качестве модели неоднородного коллектора рассмотрен послойно неоднородный по проницаемости пласт, состоящий из трех гидродинамически связанных слоев, в середине пласта расположен высокопроницаемый слой с Квп=2.0 мкм . Проницаемости верхнего и нижнего низкопроницаемых слоев в зависимости от условий задачи меняется от 0.001 до 0.1 мкм2 (рисунок 3.3). Отметим, что все слои имеют приблизительно равные толщины.

Рисунок 3.3 - Модель послойно неоднородного по проницаемости коллектора.

Куб проницаемости

Исследование эффективности нестационарного воздействия проведем на примере послойно неоднородного по проницаемости коллектора с различными значениями коэффициента проницаемости низкопроницаемых слоев. В данной группе задач фиксировалось значение проницаемости высокопроницаемого слоя и изменялись значения низкопроницаемых слоев. Для каждой комбинации коэффициентов проницаемости слоев рассматривались несколько вариантов, из которых базовый предусматривал стационарное заводнение, а варианты с НЗ отличались длительностью полупериода работы (остановки) нагнетательных скважин, стартовыми значениями обводненности.

3.3 Зависимость эффективности технологии нестационарного заводнения от соотношения проницаемостей высокопроницаемого и низкопроницаемых слоев

Изучим, как влияет послойная неоднородность поля проницаемости коллектора на технологические показатели эксплуатации залежи при применении НЗ. Будем рассматривать различные соотношения проницаемостей высокопроницаемого и низкопроницаемых слоев. При этом в данной группе задач для каждого значения проницаемости низкопроницаемых слоев рассматривались два варианта - базовый со стационарной закачкой и нестационарная закачка воды с полупериодом простоя/работы нагнетательных скважин, равным 3 сут. Нестационарное заводнение начиналось при достижении обводненности добываемой жидкости в 90 %.

При сравнении вариантов разработки необходимо ввести безразмерную характеристику, которая описывает отклонение технологических показателей вариантов с НЗ от базового

г г

&НЗ &баш

варианта. Для этого используем следующее соотношение ц =---, где а - величина

& база

текущего технологического показателя (дебит, накопленные отборы нефти и т.д.). Т.е. отклонение от базового варианта будет измеряться в долях соответствующего технологического показателя базового варианта.

На Рисунке 3.4 представлены относительные изменения текущего дебита нефти и абсолютные изменения обводненности в результате применения циклической закачки воды. Кривые получены для разных значений послойной неоднородности поля проницаемости (соотношения проницаемости низкопроницаемых и высокопроницаемых слоев). Подписи к кривым технологических показателей содержат значение коэффициента проницаемости верхнего и нижнего (низкопроницаемых) слоев.

На рисунке видно, что максимальные значения относительного прироста дебита нефти и снижения обводненности наблюдаются в коллекторе с наименьшей проницаемостью низкопроницаемых слоев. В рассмотренном нами случае проницаемости высоко- и низкопроницаемых слоев отличаются на несколько порядков. Отметим, что эффект от НЗ проявляется практически сразу, наблюдается резкий рост относительного прироста дебита нефти и снижение обводненности.

В отличие от сильно неоднородных по проницаемости коллекторов, в пластах, где проницаемости слоев отличаются в несколько раз (в рассмотренной задаче проницаемости слоев отличаются на порядок), относительный эффект от НЗ имеет меньшее значение и нарастает до максимального значения более медленно. Такое различие в проявлении нестационарного заводнения в коллекторах с разной степенью послойной неоднородности поля проницаемости коллектора связано с образованием протяженного контакта между заводненными и незаводненными слоями. Для коллектора с небольшой послойной неоднородностью поля проницаемости фронт заводнения близок к вертикальному, при этом площадь контакта между заводненным и незаводненными слоями минимальна. Поэтому и величина эффекта от циклической закачки воды не значительна. В пласте с сильно

отличающимися по проницаемости слоями, площадь контакта между заводненным и незаводненными слоями очень большая, т.к. вытеснение имеет кинжальный характер (вода движется только по высокопроницаемому слою). Поэтому циклическое воздействие вызывает перетоки флюидов между слоями на большой площади пласта, что и определяет значимую величину эффекта от НЗ.

1.6 1.4

ci О)

5 1.2

га" н

Ю 1 Ф

:

Ф

ЕЁ 0 8

I

ф

ё 0.6 ф

0

1 0.4

Ф IS

о

ё 0.2

н

о

0

61 121 181 241 301 361 421 481 время, декады

а)

0.01 0

' -0.01 ' -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -0.06 -0.07 -0.08 -0.09

1 61 121 ^181^*241 301 361 421 481

1 /

f

/

время, декады

б)

Рисунок 3.4 - Изменения технологических показателей разработки в результате применения НЗ на коллектор с разными значениями послойной неоднородности поля проницаемости. а) -относительное изменение дебита нефти, б) - абсолютное изменение обводненности.

На Рисунке 3.4 видно, применение НЗ в пласте с максимальной (из рассмотренных) послойной неоднородностью проницаемости приводит к возрастанию дебита в более чем в 2 раза. Затем наблюдается снижение дебита, однако, до конца расчетного периода дебит нефти при циклической закачке воды выше базового значения. Обводненность уменьшается более чем на 8 %, затем наблюдается тенденция к возврату к базовым значениям.

В пласте с невысокой послойной неоднородностью поля проницаемости нарастание эффекта от НЗ происходит плавно, достигает максимума и затем плавно снижается.

На Рисунке 3.5 показаны относительные приросты накопленных отборов нефти за счет НЗ (в долях от базового варианта) для коллекторов с разной проницаемостной неоднородностью. Для коллекторов с наименьшей послойной неоднородностью поля проницаемости данный прирост составляет 1.0 %. В случае пласта с высокой послойной неоднородностью поля проницаемости за счет НЗ достигается максимальный относительный прирост накопленной добычи нефти - 36 %. При этом, чем ниже показатель послойной неоднородности проницаемости коллектора, тем медленнее нарастает эффект от

время, декады

Рисунок 3.5 - Динамика относительного прироста накопленных отборов нефти в результате применения НЗ в пластах с разным показателем послойной неоднородности поля проницаемости (кривые рассчитаны до конца базового варианта)

В таблице 3.1. представлены результаты расчетов технологических показателей вариантов разработки коллектора с различной послойной неоднородностью поля проницаемости. Полученные результаты убедительно доказывают то, что применение НЗ в послойно неоднородных по проницаемости коллекторах маловязкой нефти позволяет значимо увеличить нефтеотдачу.

При этом отметим, что наибольший прирост нефтеотдачи нестационарное воздействие обеспечивает на сильно неоднородных по проницаемости коллекторах. В таких пластах эффект от НЗ быстро нарастает и значим по величине. В коллекторе с незначительной послойной неоднородностью поля проницаемости эффект от НЗ менее значим (рисунки 3.5, 3.6).

Таблица 3.1 - Сопоставление расчетных технологических показателей базового варианта и варианта с НЗ для различных значений показателя послойной неоднородности поля проницаемости коллектора

о о

0) го

к

о ц

о о о

0) го

X

о 1=

X

о

1= О

со

со

си

о ц

о о о

си си

I-