Разработка технологий и технических средств для освоения и интенсификации притоков пластового флюида: На примере Самотлорского месторождения

Актуальность темы

диссертации.

На современном этапе разработки углеводородных месторождений значительно резко сократилось число фонтанирующих скважин при одновременном увеличении обводненности продукции. Новые месторождения имеют ухудшенную геолого-промысловую характеристику по сравнению с разрабатываемыми. Темпы прироста разведанных запасов отстают от темпов роста нефтедобычи. В этих условиях остро встает задача максимального использования возможностей каждой скважины, каждого продуктивного пласта с участка залежи. Регулирование состояния околоскважинных зон пласта — один из основных вопросов повышения эффективности разработки месторождений.

В последние годы стратегическим направлением решения этих задач была разработка методов воздействия на пласт в целом, а развитию технологий воздействия на призабойную зону скважин оказывали недостаточное внимание. Вместе с тем имеющийся опыт показывает, что воздействие на призабойную зону скважин, сопутствующее воздействию на пласт, существенно увеличивает нефтеизвлечение. Эффект может быть получен как при целенаправленных обработках призабойной зоны на стадии освоения скважины, так и в качестве попутного эффекта при воздействии на пласт в целом гидродинамическими, тепловыми и физико-химическими методами.

Вероятность увеличения добычи пластового флюида из них значительно повышается при использовании новых высокоэффективных технических средств и технологий.

Среди многообразия способов освоения наиболее перспективными являются методы, которые позволят максимально решать проблемы по восстановлению коллекторских свойств прискважинной зоны продуктивного пласта.

Цель исследований.

Повышение эффективности освоения скважин и дальнейшей их эксплуатации путем разработки технологий и технических средств, обеспечивающих направленные регулирующие воздействия на фильтрационно-емкостные свойства продуктивного пласта.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: провести анализ современного состояния существующих научно-технических решений по созданию депрессий на продуктивные интервалынаучно обосновать перспективность, эффективность, целесообразность разработки и использования методов плавных регулируемых депрессий при освоении и эксплуатации скважинразработать технические средства для создания регулируемых депрессионных воздействий на пластопробовать их в промысловых условиях и оценить эффективность.

Научная новизна работы.

Обоснованы и разработаны: метод ступенчатого плавновозрастающего депрессионного воздействия на вскрытый разрез в процессе освоения и эксплуатации скважиныспособ разработки нефтегазовых залежей, включающий в себя определение зон с доминирующими фильтрационными каналами, определение их ориентации гидродинамическое регулируемое воздействие на них с целью увеличения их проницаемости (приемистости), отбор жидкости из пласта в режиме «набор — сброс». Размещение скважин осуществляется по зонам: в зоне с доминирующими фильтрационными каналами — эксплуатационные скважиныв зонах с пониженной флюидопроводимостью — нагнетательные скважинырежимы ступенчатого плавновозрастающего депрессионного воздействия на пласт при освоении скважин.

Осуществлена модернизация конструкций забойных струйных насосов и технологий их использования, а также комплектующего оборудования.

Практическая значимость полученных результатов.

Применение разработанных методов и технических решений по ступенчатому плавновозрастающему и регулируемому депрессионному воздействию на околоскважинную зону пласта позволило: повысить качество проводимых работ по освоению скважин и интенсификации притока, что существенно уменьшило, а по ряду скважин, прекратило вынос из пласта твердых частицпроводить исследования скважин на приток для построения индикаторных диаграмм, а также оперативно, на стадии испытания и освоения скважины контролировать фильтрационные свойства пород в околоскважинной зоне пластаосуществлять с помощью беспакерной компоновки гидроструйного насоса с двухрядным лифтом добычу нефти, на малодебитных скважинах, оперативно контролировать и определять оптимальный режим работы пласта путем замера динамических и статических уровнейуменьшить ремонтируемый фонд, оборудованный УЭЦН и УШГН, и снизить затраты на текущий ремонт скважинбез подъема НКТ переводить скважины в оптимальный режим эксплуатации или нагнетания рабочего агента для поддержания пластовой энергии. Разработанный комплекс технических средств и методических приемов успешно реализован при освоении и эксплуатации скважин на площадях ОАО «Самотлорнефтегаз», ОАО «Сургутнефтегаз», ООО «Лукойл-Бурение», ООО «Варьеган-Ремонт», ПО «Беларусьнефть», ООО «Лукойл-Западная Сибирь», ОАО «ТНК-Нягань» и др. Опытно-промышленные работы проведены на 926 скважинах различных регионов.

Апробация работ.

Материалы и основные результаты диссертационной работы докладывались на: техническом совещании СНГДУ-1 ОАО «ТНК» (Нижневартовск, 2002) — Международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ «Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе» (Тюмень, 2003) — научно-техническом совещании «Проблемы строительства и эксплуатации скважин Западно-Сибирского нефтегазового комплекса» (Тюмень, 2004), техническом совещании ООО «Югсон-Сервис» (Тюмень, 2004) — региональной научно-практической конференции, посвященной 5-летию Института Нефти и Газа «Новые технологии для ТЭК Западной Сибири» (Тюмень, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в т. ч. 6 статей в научных журналах, получено 2 патента РФ на изобретение.

Геолого-технологические условия разработки многих месторождений нефти и газа Западной Сибири в настоящее время характеризуются увеличением доли трудно извлекаемых запасов, что обусловлено геологическими причинами, быстрым обводнением скважин, потерями гидродинамической связи по участкам разрабатываемых месторождений в условиях деформации коллекторов, ростом фонда бездействующих скважин, повышением требований к охране недр, окружающей среде и безопасности работ на нефтегазовых месторождениях и т. д.

Увеличение добычи нефти в этих условиях возможно только при использовании на месторождениях новых высокоэффективных технических средств и технологий освоения скважин, интенсификации притока нефти при дальнейшей их эксплуатации.

За последнее время, в условиях высоких мировых цен на нефть, ряд российских нефтегазовых компаний резко увеличили скорость отбора запасов. Означает ли это, что достигается вовлечение в разработку максимального объема извлекаемых запасов, соответственно повышение коэффициента извлечения нефти (КИН)? Наблюдается тревожная тенденция увеличения доли неработающих скважин во многих компаниях. Происходит ускоренный, выборочный отбор активных запасов нефти с рассогласованием системы разработки месторождений и нарушением ее целостности. Любые заметные отклонения от принятых показателей на практике, несомненно, несут повышенную вероятность недостижения утвержденного КИН, соответственно ведут к потерям извлекаемых запасов и в конечном итоге неполучению государством возможных доходов с конкретного объекта [1,2, 3].

Компании резко увеличили применение методов интенсификации добычи, и сохранение этой тенденции просматривается в перспективе. Это относится к гидроразрыву пласта (ГРП), кислотным обработкам околоскважинных зон пласта, зарезки боковых стволов, горизонтального бурения и др., которые до недавнего времени применялись в основном для восстановления производительности «старых» скважин. В последнее время, пока сохраняется благоприятная рыночная конъюнктура и стремление увеличить скорость отбора запасов, эти методы все шире используются в качестве заканчивания новых, в том числе высокопроизводительных скважин. Вместе с тем отмечается, что число научных исследований, направленных на совершенствование методов и технических средств освоения скважин, значительно сокращается.

Качество освоения и результаты последующей эксплуатации скважины зависят от того, насколько удается восстановить фильтрационные характеристики продуктивных пластов-коллекторов на стадии вторичного вскрытия пласта, вызова притока, применения различных методов интенсификации притока из пласта. Качество освоения, по существу, определяет темпы и характер разработки месторождений.

Нефтегазоносный пласт в отличие от других пород, слагающих геологический разрез нефтяных и газовый месторождений, представляет собой горную породу, насыщенную нефтью, газом и водой под высоким давлением. Как правило, он разобщается от непродуктивных пород разреза почти непроницаемой кровлей и подошвой.

Для нефтегазоносного пласта характерны фациальная изменчивость по площади, изменение мощности по разрезу, макронеоднородность, т. е. существенные изменения проницаемости пласта по зонам и от слоя к слою и, наконец, микронеоднородность, т. е. неоднородность фильтрационных путей, образующих в пласте всеобщую связь, аккумуляцию и миграцию.

Важнейшими физическими свойствами, которыми характеризуются коллекторы нефти и газа, являются их пористость, проницаемость, структура порового пространства, нефтегазонасыщенность, содержание связанной воды, удельное электрическое сопротивление и ряд других.

Скважина, околоскважинная зона и межскважинная часть пласта это — взаимосвязанные и взаимодействующие элементы единой техноприродной системы. В процессе сооружения скважины наиболее существенные изменения фильтрационных свойств пласта происходят в околоскважинной зоне. Известно, что даже в окончательный период функционирования скважины изменение ее фильтрационных свойств в призабойной или околоскважинной зоне оказывает влияние на ее продуктивность. Поэтому ухудшение фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) на начальной стадии эксплуатации скважины оказывает влияние не только на ее производительность, но и темпы разработки месторождения и конечный коэффициент нефтеизвлечения.

В зонах ухудшенной проницаемости теряется значительная часть пластовой энергии. В связи с особенностями потерь давления в околоскважинной зоне при фильтрации флюидов среднюю проницаемость техногенной системы скважина — околоскважинная зона — межскважинная часть пласта определяет именно проницаемость околоскважинной области, несмотря на ее незначительные размеры. Известно, что ухудшение проницаемости околоскважинной зоны в 5 раз приводит к снижению производительности скважины в 3,5 раза, а уменьшение проницаемости в 50 раз может вызвать потерю производительности в 15 раз [4].

Эта статистика определяет сегодня и основную стратегию регулирования ФЕС в околоскважинной зоне — сведение к минимуму ухудшения проницаемости путем подбора современных технологий вскрытия пласта, освоения и эксплуатации скважин. Если во время бурения невозможно обеспечить сохранение природных ФЕС, то необходимо восстановить их на стадии освоения скважины путем направленного и регулируемого воздействия на призабойную зону пород-коллекторов нефти и газа.

Научные основы этой проблемы решались в работах В. А. Амияна, А. И. Булатова, Г. И. Баренблатта, B.C. Войтенко, Ю. В. Вадецкого, A.A. Гайворонского, Т.Д. Голф-Рахт, В. М. Добрынина, Ю. П. Желтова, A.M. Киреева, Р. И. Медведского, В. П. Овчинникова, Г. Т. Овнатанова, H.H.

Светашова, Е. М. Смехова, M.JI. Сургучева, М. Е. Стасюка, В. Н. Щелкачева, P.C. Яремийчука и др.

Показано, что проблема направленных, регулируемых воздействий на околоскважинную зону пласта применительно к задачам строительства скважин и обработки пласта является многогранной. Она предполагает разработку научных основ и методов влияния на напряженно-деформированное состояние горного массива не только с целью сохранения пласта при проводке скважины, но и, что самое главное, для создания благоприятных условий получения и интенсификации притоков нефти и газа, длительного поддержания гидродинамической связи фильтрационных путей в околоскважинной зоне с удаленными участками пласта на всем этапе эксплуатации скважины. И в этой связи представляет интерес выявить основные причины снижения ФЕС и возможные технико-технологические решения их сохранения и восстановления с использованием методов регулируемых депрессионных воздействий на пласт на примере сложного и разнообразного по условиям залегания и разработки Самотлорского месторождения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Обеспечение потенциальных возможностей разработки нефтяных и газовых залежей в значительной степени зависит от полноты устранения негативных последствий в структуре порового пространства продуктивного пласта, произошедших при их вскрытии, разобщении либо при проведении различных методов воздействия на пласт для интенсификации притока пластового флюида.

2. Поступление мехпримесей из пласта приводят к износу рабочих органов насосных установок, к их разбалансировке, возникновению вибраций. Число аварий насосного оборудования по Самотлорскому месторождению составляет 39% от общего количества аварий, в 90% случаях которых причиной вибраций послужило значительное содержание мехпримесей в добываемой жидкости.

3. Установлено, что при плавных циклических снижениях давления непосредственно в приствольной зоне поддерживается довольно высокий уровень максимальных градиентов давления, и они значительно выше таковых при однократном снижении давлениямаксимальное значение градиентов давления в момент снижения направлено из пласта в сторону ствола скважины, в этом случае совпадение снижения давления и максимальных градиентов давления способствует увеличению сил сдвига в каналах пласта и снижению сил трения на поверхности контакта частиц с поверхностью канала в породе. При внезапном снятии давления происходит кратковременное растяжение дисперсной среды материала, находящегося в приствольной зоне, за счет чего снижается их статическое напряжение сдвига (эффект пружины). Увеличивается степень очистки приствольной зоны пласта.

4. Основным недостатком эжекторных многофункциональных струйных насосов, является то, что способ подачи рабочей жидкости на сопло струйного насоса серии УГИС 1−10 обязательно только по НКТ, а серии УГИС 11−20 — обратная, по межтрубному пространству и невозможность выполнять многоцикловые гидродинамические исследования от больших депрессий к меньшим, при обязательных плавных ступенчатых возрастающих, регулируемых депрессионных воздействиях на ОЗП.

5. Предложена усовершенствованная технология и технические средства регулируемого воздействия на продуктивный пласт при его освоении и дальнейшей эксплуатации, техническим результатом которых является расширение функциональных возможностей освоения скважин путем прямой и обратной промывками при одном спуске скважинной насосной установки (струйного насоса СН-ЗМ) и одном технологическом процессе с дальнейшим переводом скважины в эксплуатацию, без глушения скважины и подъема НКТ.

6. Разработан и успешно прошел испытания в различных горногеологических условиях ряд технических решений, предназначенных для освоения скважин с использованием струйных насосов: пакерующий элемент (пакер ЗПМС), лубрикатор, сваб, клапан уравнительный, транспортный узел УТГ-3−114, УТГ-4−62.

7. Ступенчатое плавновозрастающее депрессионное воздействие на пласт с помощью предложенной конструкции струйного насоса позволило создавать регулируемый перепад давления на стенки скважины и фильтрационные каналы различной ориентации, что позволило существенно уменьшить, а по большинству скважин прекратить вынос мехпримесей и закрепляющего агента (проппанта) на весь период эксплуатации скважин Самотлорского месторождения.

8. Совершенствована технология ступенчатого плавновозрастающего депрессионного воздействия на продуктивный пласт при его освоении и дальнейшей эксплуатации разработкой и применением беспакерной компоновки гидроструйного насоса с двухрядным лифтом, что обеспечило на скважинах Самотлорского месторождения: вести добычу нефти без подъема продукции скважины по эксплуатационной колоннеоперативно контролировать режим работы скважины и пласта путем замера динамических и статических уровнейвыявить истинные добывные возможности скважин гидроструйного фондасущественно повысить надежность эксплуатации и резко снизить затраты на капремонт скважин гидроструйного фонда.

9. Фильтрационные каналы развиваются в той плоскости, где отмечаются наименьшие силы сопротивления, т. е. наименьшее горное давление. Их направление также обусловлено и тектоническими явлениями. Разработана математическая модель прогнозирования зон (участков) повышенной проницаемости, как в пределах эксплуатирующихся месторождений, так и новых, находящихся на стадии разведки. Направление развития трещин на деформированных антиклинальных складах Западной Сибири преимущественно совпадает с направлением короткой оси.

10. Обоснован и разработан способ освоения нефтегазовой залежи, который включает в себя определение зоны с доминирующими фильтрационными каналами и их ориентации, проведение гидравлического разрыва пласта с закреплением каналов, оборудование скважины струйным насосом с вымываемой вставкой, осуществление очистки фильтрационных каналов с плавным возрастанием направленных регулируемых депрессионных воздействий на пласт, которые в эксплуатационной скважине регулируются по стабилизации уровня жидкости или/и забойного давления на каждом этапе депрессионного воздействия, а в нагнетательной скважине по уменьшению приемистости пласта на каждом этапе воздействия. Размещение скважин осуществляют по зонам: в зоне с доминирующими фильтрационными каналами размещают эксплуатационные скважины, а в зонах с пониженной флюидопроводимостью размещают нагнетательные скважины. Регулируемое закачивание агента в скважины осуществляют в зависимости от ориентации фильтрационных каналов в околоскважинной зоне пласта, а отбор жидкости из пласта в режиме циклического отбора «набор — сброс». Общий экономический эффект от внедрения технологий и технических средств составляет 16,463 млн. долларов США в год по 171 скважине.