Разработка и исследование термогидродинамических методов оценки фильтрационных свойств многопластовых объектов

Актуальность работы.

Объект разработки — сложнопостроенная природная система, имеющая большой запас свободной энергии, которая обусловлена горным давлением и внутренним давлением растворенного в нефти газа [19]. Часто объекты разработки состоят из нескольких объединенных пластов. Мировой и российский опыт показывает, что существует ряд негативных последствий, проявляющихся на поздних стадиях разработки месторождений, вследствие объединения в один объект нескольких пластов или горизонтов. Действительно, с точки зрения наиболее полного извлечения углеводородов из недр и осуществления качественного контроля за разработкой, целесообразней каждый пласт разрабатывать отдельной сеткой скважин. В настоящее время в разработку вводятся залежи с трудноизвлекаемыми запасами, имеющие сложное геологическое строение и состоящие из нескольких продуктивных слоев. Зачастую вводимые в разработку залежи бывают настолько неоднородными, что выделить в них и разрабатывать отдельно каждый прослой не представляется возможным, либо экономически не выгодно. Однако условия рыночной экономики не являются основополагающим фактором при объединении нескольких пластов в один эксплуатационный объект. Существуют «Правила разработки нефтяных и газовых месторождений» [65], пункт 2.2.2 которых гласит: «Пласты, объединяемые в один объект разработки, должны иметь близкие литологические характеристики и коллекторские свойства пород продуктивных пластов, физико-химические свойства и состав насыщающих их флюидов, величины начальных приведенных давлений». Опубликовано большое количество работ посвященных вопросу создания многопластовых объектов разработки [16, 20, 36, 47 и др.]. В 1948 г. в период развития научных основ разработки месторождений академиком А. П. Крыловым и другими учеными были сформулированы 3 группы факторов, которые необходимо учитывать при выделении эксплуатационных объектов: геологические, гидродинамические и экономические [51]. К началу 80-х годов XX века анализируя теорию и практику выделения эксплуатационных объектов на месторождениях бывшего СССР авторы [47] расширили список и выделили 5 групп факторов: геолого-промысловые, гидродинамические, технические, технологические, экономические.

Учет перечисленных факторов и грамотное применение информации, предоставляемой специалистами различных областей, играют важную роль при составлении проектной документации на совместную эксплуатацию пластов, и является основой для достижения главной цели разработки нефтяных месторождений — наиболее эффективное, экономически обоснованное и полное извлечение углеводородного сырья из недр.

Разработка нефтяных и газовых месторождение — динамичный и капиталоемкий процесс, в связи с чем, актуальной является проблема оптимизации систем и технологий добычи нефти и газа из недр, оптимального управления природными резервуарами. Технологии добычи углеводородного сырья и методы воздействий на пласты с целью увеличения нефтеотдачи должны быть научно обоснованы и грамотно спланированы. Для решения поставленных задач необходима полная и достоверная информация о строении и свойствах продуктивных пластов, получаемая при проведении геолого-геофизических и промыслово-гидродинамических исследованиях скважин. Немаловажен комплексный подход в обработке накопленной и вновь поступающей информации.

При эксплуатации многопластовых объектов происходит опережающая выработка наиболее проницаемых прослоев. Полное обводнение скважин может наступить при значительных текущих запасах в низкопроницаемых коллекторах [19]. Чтобы вовремя предотвратить негативные последствия совместной эксплуатации пластов и достоверно смоделировать процесс заводнения необходимо регулярно проводить мероприятия по контролю за разработкой геофизическими и гидродинамическими методами на скважинах эксплуатирующих одновременно несколько пластов.

Проблемам, связанным с разработкой многопластовых месторождений и с осуществлением контроля за их разработкой геофизическими и гидродинамическими методами посвящено большое количество научных работ. Значительный вклад в решение этих задач внесли многие крупные ученые: Г. И. Баренблатт, А. Ф. Блинов, Ю. П. Борисов, Н. Е. Быков, В. Н. Дахнов, Р. Н. Дияшев, С. Н. Закиров, Э. Б. Чекалюк, В. Н. Щелкачев, А. И. Ипатов, М. И. Кременецкий, В. Д. Лысенко, С. Г. Каменецкий, а также зарубежные ученые, занимающиеся данной проблемой: Н.С. Lefkovits, H.J. Ramey, F.J. Kuchuk, L. Ayestaran и многие другие. В научных публикациях большое внимание уделено задачам термических методов при контроле за разработкой нефтяных месторождений. Этому направлению посвящены работы Я. Н. Басина, Р. А. Валиуллина, Г. Г. Вахитова, И. Л. Дворкина, Ю. В. Капырина, Б. Б. Лапука, А. И. Макарова, В. Ф. Назарова, Н. Н. Непримеров, М. А. Пудовкина, Р. А. Резванова, А. Ш. Рамазанова, Е. В. Теслюка, Г. Ф. Требина, Р. Ф. Шарафутдинова, А. И. Филиппова, Б. А. Яковлева и др. Во многих работах представлены технологии проведения термодинамических, гидродинамических исследований, методы обработки и интерпретации полученных результатов.

Существующие на сегодняшний день и применяемые на практике методы исследования многопластовых объектов имеют существенные ограничения. В основном ограничения связаны с конструкцией ствола исследуемой скважины, поскольку традиционные гидродинамические исследования скважии при совместной эксплуатации пластов основаны на последовательном отсечении пакером каждого пласта, определении дебитов и фильтрационных параметров каждого интервала в отдельности. Провести комплекс исследований с пакерованием на забое в горизонтальной скважине или в скважиие с открытым хвостовиком технически очень сложно. Кроме того, традиционные гидродинамические исследования многопластовых 8 объектов не отвечают на вопрос вклада каждого пласта в общий дебит скважины при одновременной эксплуатации, а, следовательно, нет возможности по результатам исследований подобрать оптимальную депрессию, отвечающую условиям равномерной выработки эксплуатируемых пластов многопластового объекта. Особенно актуален этот вопрос при эксплуатации скважин, пробуренных в низкопроницаемых, анизотропных коллекторах. От фильтрационно-емкостных параметров исследуемых объектов также зависит выбор технологии проведения исследований, например, на малодебитных скважинах, вскрывающих пласты с низкими коллекторскими свойствами, описанная выше технология не применима.

Широкое распространение в практике промыслово-геофизических исследований (ПГИ), направленных на изучение интервалов притока в скважинах, вскрывающих несколько пластов одновременно, получили методы термометрии [27, 43]. Эти методы основаны на выделении аномалии температуры напротив интервалов притока по стволу скважины, обусловленных дроссельным эффектом при неизотермической фильтрации пластового флюида к стволу скважины. Однако, при этом обязательно условие стационарной фильтрации, что не обеспечивается при существующей технологии геофизических исследований, проводимых при кратковременных отработках малодебитных скважин (вызов притока пенной системой или снижение уровня в межтрубном пространстве азотом). Ограничения традиционной термометрии обусловлены как нестационарностью притока пластового флюида в ствол скважины, так и подвижностью глубинного геофизического прибора, поскольку скорость перемещения прибора оказывает существенное влияние на выявление термодинамических эффектов (адиабатический, дроссельный, калориметрический), проявляющихся в стволе скважины при наличии или отсутствии притока в изучаемом интервале ствола скважины.

В этой связи особую актуальность приобретает задача создания методики исследования скважин эксплуатирующих одновременно несколько пластов, позволяющей с высокой степенью достоверности определять долю участия в общем дебите скважины каждого продуктивного интервала, а также фильтрационные параметры пластов, в том числе состоящих из нескольких пропластков. Кроме того технология исследований должна соответствовать условиям, создавшимся в настоящее время в нефтяной промышленности, а именно позволяющая проводить исследования в горизонтальных скважинах и скважинах с открытым забоем, вскрывающих низкопроницаемые анизотропные и сложные по геологическому строению коллектора. Результаты проведенных исследований должны поддаваться анализу с точки зрения контроля за разработкой месторождения.

Целью работы является повышение эффективности разработки многопластовых месторождений путем контроля выработки запасов совершенствованием термогидродинамических методов исследования скважин.

Для решения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Провести анализ текущей разработки Родникового месторождения с.

1 3 точки зрения оценки выработанности запасов из прослоев пласта БСр ', являющегося многослойным и неоднородным по геологическому строению.

2. Проанализировать существующие методы контроля за выработкой запасов многопластовых объектов проведением комплекса геофизических и гидродинамических исследований скважин.

3. Разработать методику определения доли участия отдельных пластов в общем дебите скважины и фильтрационных параметров пластов многопластового объекта.

4. Разработать технологию исследования скважин, позволяющую проводить термогидродинамические исследования малодебитных, горизонтальных и наклоннопаправленных скважин с открытым хвостовиком и определять фильтрационные параметры многопластовых объектов.

5. Провести лабораторные исследования термодинамических эффектов, возникающих в стволе скважины при стационарных и нестационарных режимах фильтрации флюида в пористой среде.

6. Провести промысловые эксперименты на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» и проанализировать результаты термогидродинамических исследований скважин с различными конструкциями забоев для оценки информативности разработанной методики.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений.

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

1. Диссертационная работа представляет собой основу новых направлений изучения фильтрационных параметров коллекторов термогидродинамическими методами при нестационарной, неизотермической фильтрации пластового флюида в окрестности скважин при совместной эксплуатации пластов.

2. Предложены, научно обоснованы и реализованы математические модели и их численное решение для прямых задач термои гидродинамики при нестационарной, неизотермической фильтрации в анизотропном пласте. Установлены следующие закономерности:

2.1. На основе математического моделирования выявлены диагностические признаки притока пластового флюида или его отсутствие в исследуемом интервале ствола скважины, основанные на сравнительном анализе адиабатического и дроссельного эффектов. Основным диагностическим признаком, указывающим на отсутствие притока в исследуемом интервале, является преобладание адиабатического эффекта над баротермическим (дроссельным).

2.2. На основе лабораторных исследований определены термодинамические коэффициенты — адиабатический и баротермический, позволяющие обеспечить интерпретацию термогидродинамических исследований скважин уточнением типа притекающего пластового флюида. Значение коэффициента адиабатического расширения для нефти в 3−4 раза превышает значения для пластовой воды. Экспериментально определены коэффициенты адиабатического расширения для нефти месторождений: Верхне-Ляминское (АСЩ2)) — 0,044 К/МПа, (ЮС0) — 0,052 К/МПа, Южно-Сурьюганское (АСИ) — 0,024 К/МПадля пластовой воды — Западно-Камынское (АС]0(2)) — 0,013 К/МПа, Западно-Сургутское (БС0 — 0,016 К/МПа, (БСю) — 0,013 К/МПа и многих др. Расчетный коэффициент Джоуля-Томсона для нефтей Сургутского свода лежит в диапазоне 0,324 — 0,348 К/МПа, значение баротермического коэффициента, определенного экспериментальным путем — 0,207 — 0,237 К/МПа.

2.3. На основе математического моделирования и промысловых экспериментов установлена зависимость скорости изменения температуры напротив продуктивного интервала после мгновенного запуска скважины от скорости фильтрации пластового флюида в данном интервале.

3. Установлено, что:

3.1. Геофизические и гидродинамические методы изучения многопластовых объектов и анизотропных пластов ограничены применением только в вертикальных скважинах и наклонно-направленных скважинах с углами кривизны 30−40 град, что связано со сложностью доставки на забой скважины исследовательского оборудования.

3.2. Существенное влияние на достоверность результатов геофизических исследований многопластовых объектов оказывает способ вызова притока и скорость перемещения прибора в стволе скважины.

3.3. Способы определения фильтрационных параметров гидродинамическими методами имеют существенные ограничения, связанные как с конструкцией ствола скважины (часто используется нецементируемый хвостовик), так и с высокой анизотропией разрабатываемого объекта, когда выделить продуктивные прослои в отдельные пропластки практически невозможно.

4. Предложены, обоснованы и апробированы:

4.1. Многодатчиковая технология термогидродинамических исследований скважин на основе размещения нескольких комплексных приборов (произвольное количество) по всему изучаемому интервалу ствола скважины и одновременной регистрации комплекса параметров (температуры и давления), характеризующих процессы неизотермической фильтрации пластового флюида к стволу скважины.

4.2. Методика обработки и интерпретации результатов термогидродинамических исследований скважин, вскрывших многопластовые объекты, с целью определения интервалов притока, удельных дебитов пластов и фильтрационных параметров продуцирующих интервалов.

5. Разработанная методика термогидродинамических исследований позволяет:

— определять удельные дебиты пластов многопластового объекта или прослоев анизотропного пласта;

— определять фильтрационные параметры каждого продуктивного интервала анизотропного пласта или многопластового объекта;

— проводить исследования в скважинах с открытыми конструкциями забоев;

6. Установлено многочисленными промысловыми экспериментами на скважинах при совместной эксплуатации пластов, что предложенная методика обеспечивает высокую информативность исследований и надежность определения продуктивных и фильтрационных параметров анизотропных пластов и многопластовых объектов.

7. Способ определения фильтрационных параметров неоднородных пластов позволяет оценить выработанность пластов многопластовых объектов и уточнить подвижные запасы продуктивных прослоен неоднородных коллекторов.

8. Методика разработана для обеспечения контроля разработки, построения и информационного обеспечения постоянно-действующих геолого-гидродинамических моделей.

9. При проведении исследований 20 наклонно-направленных скважин в год экономический эффект от внедрения методики термогидродинамических исследований многопластовых объектов и сложнопостроенных коллекторов составляет более 6 млн руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработан аппаратно-методический комплекс проведения, обработки и интерпретации термогидродинамических исследований скважин при совместной эксплуатации пластов. Исследованы особенности нестационарных термогидродинамических полей при неизотермической фильтрации пластового флюида в окрестности, а также в стволе скважин с учетом смешивания потоков, тепловой инерционности системы «скважина-пласт» и датчика температуры. Результаты исследований способствуют повышению достоверности обработки и интерпретации промысловых данных термических и барометрических исследований скважин и пластов в условиях неизотермической фильтрации пластового флюида.