Рациональная разработка месторождений с невосполняемыми ценными ресурсами углеводородного сырья в соответствии с Законом Российской Федерации о недрах всецело зависит от качества и необходимого объема информации о продуктивных пластах и пластовых флюидах. Ведущее место среди способов получения этой информации являются промыслово-исследовательские работы на скважинах — газогидродинамические, геофизические и газоконденсатные исследования. Добывные возможности скважин и месторождений в целом определяются и прогнозируются на основе результатов исследований газогидродинамическими методами на стационарных и нестационарных режимах фильтрации. Развитие и совершенствование этих методов является одним из основных путей повышения надежности проектируемых уровней отборов газа и жидких углеводородов из залежей и оптимизации их добычи по мере истощения пластовой энергии с целью рационального пользования недрами.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.
Вуктыльское нефтегазоконденсатное месторождение (НГКМ) среди крупных месторождений отрасли одним из первых вступило в позднюю стадию разработки, характеризующуюся своими особенностями и в первую очередь истощением естественной энергии пласта вследствие снижения пластового давления от начального 36 МПа до текущего 3,2−3,7 по состоянию на 01.01.98 г.
Известные газогидродинамические методы контроля за добывными возможностями скважин в этих условиях по целому ряду причин оказались или неприемлемыми, или чрезвычайно трудоемкими из-за увеличившегося времени стабилизации параметров и пульсирующего характера работы скважин. Постепенно увеличивалась погрешность получаемых результатов вследствие невозможности соблюдать требования, заложенные в основу известных методов исследований. Вместе с тем развертывание на Вуктыльском НГКМ опытно-промышленных работ по доизвлечению выпавшего в пласте конденсата начиная с 1983 г. потребовало существенного увеличения информации о параметрах пласта и продуктивности скважин для объективной оценки испытываемых технологий.
Таким образом, совершенствование газогидродинамических методов исследования скважин с учетом особенностей поздней стадии разработки газоконденсатных месторождений является актуальной проблемой.
Цель работы.
1. На основании накопленных автором результатов теоретических, экспериментальных и промысловых исследований разработать, испытать и использовать на практике газогидродинамические методы контроля продуктивной характеристики газоконденсатных скважин, учитывающие особенности поздней стадии разработки месторождений.
2. Изучить динамику продуктивной характеристики скважин ВНГКМ с учетом основных процессов, происходящих в прискважинных зонах: внедрения пластовой воды и других жидких флюидов. Найти критерий, позволяющий прогнозировать обводнение скважин.
3. Разработать и адаптировать к условиям конкретных месторождений математическую модель для изучения основных факторов, влияющих на поведение продуктивной характеристики скважин.
Основные задачи исследований.
Основными задачами диссертационной работы являются: изучение возможностей определения продуктивной характеристики скважин (величин коэффициентов фильтрационных сопротивлений в уравнении притока) путем исследования на кратковременных неустановившихся режимахизучение возможности использования результатов исследования скважин на нестационарных режимах фильтрации (запись кривых восстановления давлений после остановки и кривых стабилизации давлений и дебитов после пуска скважин в работу) для определения величин коэффициентов фильтрационных сопротивленийизучение взаимосвязи между коэффициентами фильтрационных сопротивлений и разработка на этой основе критерия прогнозирования водопроявленийразработка экспресс-метода исследования газлифтных скважин для установления оптимального режима эксплуатацииразработка математической модели и моделирование динамики продуктивности газоконденсатных скважин с учетом основных влияющих факторовпромысловое испытание и подтверждение практической значимости результатов решения вышеперечисленных задач.
Научная новизна.
Впервые в практике контроля за продуктивной характеристикой газоконденсатных скважин на поздней стадии разработки месторождения предложены, обоснованы и испытаны новые ускоренные способы газогидродинамических исследований, защищенные авторскими свидетельствами:
Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по исследованиям на кратковременных неустановившихся режимах;
Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима, кривым восстановления давлений (КВД) после остановки и кривым стабилизации давлений и дебитов (КСД) после пуска скважины в работу;
Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима и КВД.
Впервые предложен экспресс-метод и технология исследования газ-лифтных скважин для установления оптимального режима эксплуатации.
Автором впервые выполнен детальный анализ динамики продуктивной характеристики скважин Вуктыльского НГКМ, изучена взаимосвязь между коэффициентами фильтрационных сопротивлений, и на этой основе разработан критерий прогнозирования обводнения скважин с оценкой его вида.
Разработана и адаптирована к конкретным месторождениям математическая модель, позволяющая изучать динамику продуктивности га-зоконденсатных скважин с учетом основных влияющих факторов: выпадения конденсата в прискважинных зонах с различными коллекторскими свойстваминеоднородности коллектороввнедрения законтурных водизбирательного поступления нефти в газоконденсатный пласт из нефтяной оторочки.
Предложены направления и задачи дальнейших исследований.
Методы исследований.
Поставленные в работе задачи решались путем промыслово-экспериментальных исследований с использованием комплексной высокоточной аппаратуры газодинамического каротажа, аналитическими методами и методами численного моделирования.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Разработанные ускоренные способы определения продуктивной характеристики газоконденсатных скважин и экспресс-метод исследования газлифтных скважин широко используются в практике промысловых работ на месторождениях Тимано-Печорской провинции.
2. Предложенный критерий прогнозирования обводнения используется при проектировании и анализе разработки Вуктыльского НГКМ и установлении технологического режима работы скважин.
3. Результаты численного моделирования динамики продуктивности скважин используются при проектировании и анализе разработки За-падно-Соплесского и Печоро-Кожвинского месторождений.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы неоднократно обсуждались на научно-технических советах предприятия «Севергазпром», на отраслевых и Всероссийских научно-практических конференциях (г. Ухта, 1990 г.- г. Краснодар, 1990 г.- г. Вуктыл, 1993 г.).
По содержанию диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 113 страниц машинописного текста, включая 28 рисунков, 11 таблиц.
Список литературы
включает 54 наименования.
Основные результаты исследований скв. 128 — Вуктыл.
Дата Давление, МПа Дебит, тыс. м3/сут Дебит жидСкоро кости, м3/сут сть буф. затр. заб. ГВД газа пласт. общий сырого конден сата воды У башма ка м/с.
12.01.89 1,65 4,23 4,82* 45 4 49 12,7 6 4,26.
09.02.89 1,74 4,54 5,2 29 3 31,5 9,7 5 2,54.
13.02.89 1,77 4,96 5,72* 15 2 16,7 — - 1,22.
17.02.89 1,77 5 5,26 63 3 66 8,5 4,5 5,26.
Пластовое давление — 6,31 МПа- 1ПЛ = 61,4°Сбашмак НКТ — 3096 м * — расчетные значения.
Результаты исследований скв. 167 — Вуктыл.
Скважина была введена в эксплуатацию 31.12.78 г. и до сентября 1990 г. эксплуатировалась фонтанным способом. В сентябре 1990 г. она была переведена на газлифтный способ эксплуатации. Специальные исследования в этой скважине проводились в два этапа: в период с 18 февраля по 27 марта 1991 г. и в период с 10 по 25 декабря 1991 г.
Исследования в феврале-марте 1991 г. проводились при работе скважины через устьевую установку «Вуктыл» при различных расходах гвд.
В табл. 2.9 приведены результаты исследований и скорости движения газожидкостного потока у башмака лифтовой колонны. Скважина исследовалась на пяти режимах, из которых четыре режима с подачей ГВД и один — без его подачи. При изменении расхода ГВД от 33,2 до 11,5 тыс. м3/сут давление у башмака лифтовой колонны практически остается постоянным, изменяясь от 3,92 до 4 МПа. Причем замеры по длине лиф.
Результаты расчетов по скв. 167 — Вуктыл.
Дата Давление, МПа Депрессия, МПа Дебит, тыс. м3/сут Дебит жидкости, м3/сут Скорость (башмак НКТ), м/с буф. затр. заб. 3090 м пласт газа сепарации газа плас тового ГВД конденсата воды.
22.02.91 1,55 3,65 4 5,08 1,08 46,2 13 33,2 0,3 6,8 3,2.
26.02.91 1,51 3,36 3,95 5,08 1,13 41,6 11 30,6 0,8 6,7 2,9.
04.03.91 1,5 3,32 3,92 5,08 1,16 27,8 9,7 18,1 1,6 0,24 2.
13.03.91 1,64 3,29 3,98 5,08 1,1 18,7 7,2 11,5 3,1 0 1,3.
23.03.91 1,59 3,25 4,16 5,08 0,92 6,6 6,6 0 1,6 0 без подачи ГВД.
V = 5,082×10−6 х ((} х Тпл х Т) / (Рзаб х сР) — Тпл = ЗЗЗКЪ = 0,95- сі = 0,076.
СІІБйиГ 1 та и у его башмака проводились через несколько суток после изменения режима подачи ГВД. Скорости восходящего потока у башмака лифтовой колонны изменяются от 1,3 до 3,2 м/с. Даже при подаче ГВД в количестве 11,5 тыс. м3/сут лифт работает в стабильном режиме, т. е. при этом расходе ГВД условия выноса жидкости обеспечиваются. Скорость восходящего потока у башмака НКТ составила 1,3 м/с. Постоянство давлений в точках замера характеризует стабильную работу лифта.
Заслуживают внимание данные, полученные в период с 18 по 23 марта 1991 г. при наблюдении за работой скважины без подачи ГВД. После прекращения подачи ГВД скважина перешла на пульсирующий и затухающий характер работы. По картограммам дифманометра, установленного на устьевой установке «Вуктыл», четко зарегистрированы периодические выбросы газа. Определить дебит пластового газа по этим картограммам можно только с какой-то степенью условности. На картограмме глубинного манометра, которая была получена 23.03.91 г. или через пять суток после прекращения подачи ГВД, зарегистрирована и пульсирующая работа лифта на глубинах 500, 2000, 2500 м.
После пятисуточной работы скважины без подачи ГВД (скважина продолжала работать), давление у башмака НКТ возросло с 3,98 до 4,16МПа (табл. 2.9) или на 0,18 МПа. В случае притока воды в количестве 6,8−6,7м3/сут скважина должна была заглохнуть, но она продолжала работать. Следовательно, повышенные дебиты воды связаны, по-видимому, с «осушкой» прискважинной зоны. Поскольку замеры жидкости производились на установке «Вуктыл», то последующие замеры жидкости подтверждают правомерность сделанного допущения. Тем не менее параметры работы скважины при дебите пластовой воды в 6,8−6,7 м3/сут могут быть использованы для оценки критерия или величины минимально необходимой скорости, при которой обеспечиваются условия выноса жидкости.
Заканчивая рассмотрение результатов исследований с достоверностью можно утверждать только то, что при расходе ГВД в пределах от 33,2 до 11,5 тыс. м3/сут давление у башмака лифтовой колонны остается постоянным, т. е. депрессия на пласт не меняется. Следовательно, проводить исследования по рекомендованной методике, т. е. на нескольких режимах подачи ГВД нет никакой необходимости.
Проведенные исследования убедительно показали, что существующая в настоящее время точка зрения о том, что изменение расхода ГВД в пределах 15−40 тыс. м3/сут приводит к изменению депрессии на пласт, неправомерна при изменении дебита жидкости от 0,5 до 7 м3/сут.
Обоснование экспресс методики исследования газлифтных скважин.
Результаты специальных исследований показали, что исследовать скважины на нескольких режимах подачи ГВД не имеет смысла, так как изменение расхода ГВД от 25 до 45 тыс. м3/сут не вызывает изменения давления у башмака лифтовой колонны. Исследования газлифтных скважин достаточно проводить только на одном режиме подачи ГВД с целью оценки стабильности работы лифта. Но чтобы оценить стабильность работы лифта, необходимо знать критерий, при котором обеспечиваются условия выноса жидкости. Таким критерием является величина минимально необходимой скорости.
В зависимости от эксплуатационных характеристик скважин, деби-тов жидкости и соотношения углеводородной и неуглеводородной фаз этот критерий может иметь различные значения.
Для простоты и удобства проведения исследований газлифтных скважин следует обосновать верхний предел этого критерия, превышение которого будет связано с нерациональным расходом ГВД.
На основании исследований скв. 128 и 167, результаты которых выше были рассмотрены, и в которых определены высокие значения притока жидкости (более 10 м3/сут) с дебитами воды 5−7 м3/сут, можно обоснованно определить верхний предел минимально необходимой скорости. Напомним, что при исследованиях этих скважин определены расход ГВД, дебиты газа сепарации и жидкости, замерены давления у башмака лифтовой колонны, а главное установлен стабильный режим работы лифта. В табл. 2.10 приведены результаты этих исследований.
Из данных этой таблицы следует, что верхний предел минимально необходимой скорости по скв. 128 оценивается величиной в 2,54 м/с при расходе ГВД в 28,5 тыс. м3/сут, а по скв. 167 — 2,3−2,7 и 3,2−2,9 м/с при расходах ГВД 33,2−30,6 и 28−34,1 тыс. м3/сут. В среднем эту величину можно принять равной 2,5 м/с.
Предлагается такая последовательность осуществления операций-.
• по расходу ГВД и давлению в затрубном пространстве, куда подается рабочий агент, расчетным путем определяется давление у башмака лифтовой колонныпо дебиту газа сепарации (пластовый газ + ГВД) и забойному давлению у башмака лифта определяется скорость восходящего потока у его башмака;
• сопоставляется расчетная скорость восходящего потока с рекомендованным верхним пределом минимально необходимой скорости, принятой равной 2,5 м/с.
Если полученная скорость меньше рекомендованной (2,5 м/с), то увеличивают расход ГВД, если больше — сокращают.
Хорошая сходимость давлений у башмака лифта, определенных расчетным путем и непосредственными замерами (табл. 2.11), позволяет значительно сократить количество спусков глубинного манометра и сократить время на проведение исследований.
Для простоты определения забойного давления у башмака НКТ, имея ввиду, что изменение расхода ГВД от 5 до 45 тыс. м3/сут не приводит к изменению давления у его башмака, предлагается номограмма рис. 2.8). Номограмма построена для эксплуатационной колонны диаметром 168 мм и диаметром лифта 89 мм при его длине 2600 и 3200 м. Незначительная разница в давлениях позволяет интерполяцией определить давления у башмака НКТ в диапазоне от 2600 до 3200 м. Такой способ определения давлений не отвергает необходимости замеров забойных давлений и давлений по длине лифта, но следует только изменить точки замера на устье, в 3−4 точках выше башмака НКТ, в башмаке и ниже его.
Эти исследования следует проводить в единичных скважинах с целью корректировки рекомендованной методики, а также с целью оценки отрицательного влияния барботируемых столбов жидкости на эксплуатационную характеристику скважины. Последнее позволит более убедительно обосновать необходимость внедрения газлифтного способа эксплуатации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В диссертационной работе обобщены теоретические, экспериментальные и промысловые исследования, выполненные при непосредственном участии автора, основной целью которых ставилось получение достаточно простых, точных и доступных для практической реализации методов и способов контроля продуктивной характеристики газокон-денсатных скважин. Все результаты исследований, представленные в работе, нашли свое подтверждение и применение в проектировании и контроле за разработкой газоконденсатных месторождений на территории Тимано-Печорской провинции, а также в ходе опытно-промышленных работ по повышению углеводородоотдачи пласта на Вуктыльском НГКМ по проектам «Конденсат-1, 2, 3» .
1. Разработаны и испытаны три новых способа ускоренных газогидродинамических исследований для различных этапов поздней стадии разработки газоконденсатных месторождений, позволяющих с минимальными трудозатратами и допустимой погрешностью определять продуктивную характеристику скважин. Широкое использование этих способов позволило своевременно получать качественную информацию об эффективности испытания новых методов повышения углеводородоотдачи пласта на опытных полигонах Вуктыльского НГКМ.
2. На основании анализа накопленных материалов по газлифтной эксплуатации и постановки специальных промысловых исследований с применением комплексной глубинной аппаратуры разработан экспресс-метод исследования газлифтных скважин. Метод основан на простом и доступном для промысловых работников определении величины минимально необходимой скорости потока в башмаке лифтовых труб с использованием разработанных для этих целей номограмм.
3. Детальный анализ основных причин и характера изменений продуктивной характеристики скважин Вуктыльского НГКМ позволил выявить функциональную связь между величинами коэффициентов фильтрационных сопротивлений, выражающуюся соотношением, а = 1560 Ь. Выявленная закономерность в распределении коэффициента Ь позволила построить карту продуктивности всего месторождения.
4. Взаимосвязь между коэффициентами, а и Ь дала возможность предложить критерий ориентировочного выбора объектов для интенсификации притока с предварительной оценкой прироста добычи. Показано, что эффект от обычных кислотных обработок (не направленных, т. е. не увеличивающих эффективную толщину дренируемого пласта) наиболее вероятен в том случае, если а/Ь > > 1560.
5. Анализ материалов по обводняющимся скважинам позволил обосновать критерий для прогнозирования обводнения с ориентировочным определением его вида.
Конусовому обводнению скважин ВНГКМ предшествует резкий рост коэффициента Ь (в 8−10 раз к началу обводнения) и кажущееся уменьшение коэффициента, а отношение а/Ь снижается при этом наиболее заметно и имеет наименьшие значения (а/Ь < 100).
Об избирательном продвижении воды по пласту свидетельствует значительно меньший темп роста коэффициента Ь (около 50−70% в год) и практически постоянное значение коэффициента а, отношение а/Ь в зависимости от продуктивной характеристики обводняющегося пропласт-ка может иметь значения 200−500.
При обводнении глубоких скважин вследствие общего подъема ГВК наблюдается постепенное увеличение обоих коэффициентов с более высоким темпом роста коэффициента Ьотношение а/Ь при этом может изменяться незначительно (в зависимости от коллекторских свойств нижних интервалов) и составлять в начале обводнения величину 500−800.
Учитывая сложность геологического строения продуктивной толщи Вуктыльского месторождения, реальный характер водопроявлений может представлять собой различные сочетания из рассмотренных вариантов и несколько затруднять определение вида обводнения. Тем не менее предложенные в работе критерии являются существенным дополнением к системе контроля за разработкой в условиях активного поведения пластовых вод.
Разработанные критерии в сочетании с предложенными ускоренными способами промысловых исследований позволяют оптимизировать систему контроля продуктивности при большом количестве добывающих скважин. Такой подход будет полезен при организации контроля за разработкой любого крупного газового или газоконденсатного месторождения.
6. Для месторождений, сложенных терригенными коллекторами, разработана и адаптирована математическая модель многофазной фильтрации, позволяющая моделировать динамику продуктивности скважин с учетом основных влияющих факторов: изменения насыщенности прискважинных зон с различными кол-лекторскими свойствами вследствие выпадения ретроградного конденсатанеоднородности коллекторавнедрения законтурных водизбирательного поступления нефти в газоконденсатный пласт из нефтяной оторочки.
Численные расчеты на модели выполнены на примере реальных объектов — терригенных пластов Западно-Соплесского и Печоро-Кожвинского нефтегазоконденсатных месторождений. Моделирование показало, что для низкопроницаемого коллектора (К= 10 фм2) характерно непрерывное ухудшение продуктивности вследствие накопления конденсата в прискважинной зоне. В среднепроницаемом пласте (К= 50 фм2) в первые годы разработки наблюдается некоторое улучшение продуктивности, в дальнейшем — существенный рост фильтрационных потерь вследствие возрастания величины порога гидродинамической подвижности жидкой фазы. В высокопроницаемом пласте (К= 200 фм2) продуктивность вначале существенно растет, затем стабилизируется и лишь через 10 лет разработки начинает постепенно снижаться. Полученные на модели закономерности хорошо согласуются с промысловыми данными по скважинам Западно-Соплесского НГКМ во всех трех вариантах при сопоставимой проницаемости коллекторов.
Влияние неоднородности коллектора изучалось на модели высокопроницаемого пласта (К= 200 фм2), имеющего низкопроницаемую перемычку (К= 10 фм2) на расстоянии около 30 м от забоя. В этом случае продуктивность скважины в первые годы возрастает, затем устанавливается на определенном уровне. Аналогичные явления наблюдались на высокодебитных скважинах Западно-Соплесского месторождения.
Моделирование внедрения воды показало, что в начальной стадии продвижение воды несколько улучшает продуктивность за счет поддержания давления в зоне дренирования. В дальнейшем скважина начинает резко снижать продуктивность, причем это происходит задолго до появления воды в составе ее продукции. Аналогичные результаты по промысловым данным наблюдались, как изложено выше, в скважинах Вук-тыльского НГКМ.
Оценка влияния избирательного внедрения нефти в газоконденсат-ный пласт выполнена на модели, в которой продуктивная толща условно разделена на три пропластка: два низкопроницаемых (К= 10 фм2) и один высокопроницаемый (200 фм2). Продвижение нефтяной оторочки вызывает вначале некоторый рост продуктивности (по аналогии с продвижением воды), затем фильтрационные потери начинают расти и достигают максимума к моменту прорыва нефти, как наблюдалось на Западно-Соплесском НГКМ, что практически приводит к остановке скважины.
Проведенные опыты на математической модели дали возможность наметить и конкретизировать направления дальнейших исследований, нацеленных как на совершенствование самой расчетной схемы, так и на постановку целого ряда численных экспериментов. Итоговой задачей этих исследований должно стать создание действующих моделей эксплуатационных скважин для прогноза их продуктивности в рамках моделирования процесса разработки всего месторождения.
