Исследование и регулирование процессов разработки нефтяных месторождений с учетом гравитационного разделения флюидов в пластах большой мощности

Актуальность проблемы. Отличительной чертой современного развития Западно-Сибирского нефтегазового комплекса является переход значительного числа крупнейших и больших месторождений в стадию падающей добычи нефти и роста обводненности продукции. Запасы нефти высокопродуктивных зон отобраны, а оставшиеся относятся к числу трудноизвлекаемых. Происходит изменение структуры остаточных запасов в сторону низкопродуктивных, низкопроницаемых, прерывистых коллекторов. Их извлечение сопряжено с трудностями определения структуры остаточных запасов и дополнительными затратами по их выработке.

В этих условиях существенное значение приобретает математическое и гидродинамическое моделирование процесса разработки с целью определения структуры остаточных запасов нефти, формирования комплекса геолого-технологических мероприятий по довыработке остаточных запасов. Решение данных вопросов требует как можно более полных знаний о степени выработанности любого участка залежи и надежного прогнозирования дальнейшего процесса вытеснения, как по отдельным участкам, так и в целом по залежам и месторождению.

Задачи восстановления физической картины вытеснения нефти водой в пласте решаются методами математического и гидродинамического моделирования.

Проблемам моделирования процесса разработки нефтяной залежи посвящен целый ряд работ таких известных авторов, как Ю. П. Борисов, Б. Ф. Сазонов, M.JI. Сургучев, Ю. П. Желтов, А. П. Крылов, B.C. Ковалев, В. Д. Лысенко, Э. Д. Мухарский, M.JI. Саттаров, А. П. Телков, Ю. Е. Батурин, Р. И. Медведский, М. И. Максимов, А. К. Курбанов, Г. А. Атанов, В. М. Ревенко, В. Н. Щелкачев, Д. А. Эфрос, М. Маскет и др.

Большинство имеющихся методик моделирования можно разбить на две группы: первые из них решают задачи инженерного проектирования и отличаются простотой применения и минимумом необходимой исходной информации (метод материального баланса, геолого-статистический разрез, методы характеристик и кривых падения дебита). Другая группа отличается большой трудоемкостью и необходимостью огромного количества исходной информации (двуи трехмерное моделирование), которая не всегда имеется в достаточном количестве. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки.

Выбор метода построения модели нефтяного пласта зависит от качества и полноты исходной информации остеологическом строении пласта, физических свойств фильтрующихся жидкостей и пористой среды, текущей промысловой информации. Он основывается на необходимой в каждом конкретном случае точности расчетов, имеющейся в распоряжении вычислительной технике, времени моделирования и ряде других причин.

За последние годы достигнут большой прогресс в постановке и решении различных прямых многомерных многофазных задач теории фильтрации, т. е. прогнозирования показателей разработки месторождений. Однако, что касается анализа разработки, настройки истории месторождений, т. е. решение задач идентификации, определение или уточнение коллекторских свойств пластана основе фактических данных исследований и эксплуатации скважин (называемые обратными задачами), то здесь достигнутые результаты менее впечатляющие. Причем, как правило, обратные задачи являются некорректными, что существенно осложняет их решение. И вот в этом направлении продолжают играть огромную роль нульмерные, одномерные и квазидвумерные задачи для определения параметров модели. Яркий примерметод материального баланса для определения объема притока законтурной воды.

В данной работе предлагается к рассмотрению квазидвумерная гидродинамическая модель пласта с учетом гравитационных сил, основанная на вероятностно-статистической геологической модели. Она адаптируется по фактическим данным истории добычи и позволяет определить профильную структуру залегания остаточных запасов нефти. Данный подход позволяет решать задачи прогнозирования дальнейшего процесса разработки и планирования геолого-техно логических мероприятий.

Как известно гравитационные силы оказывают влияние на пласт любой мощности. Однако оно становится заметным для пластов большой мощности. Если при построении модели «тонкого» пласта гравитационной составляющей можно пренебречь, то при рассмотрении пластов толщиной более 10 м (особенно в межскважинном пространстве) гравитационная составляющая становится сопоставимой с гидродинамической.

В отличие от двухи трехмерного моделирования следует отметить относительную простоту этой модели, т.к. она представляется системой обыкновенных дифференциальных уравнений, а от метода характеристик отличается тем, что в ней учитывается геолого-статистическое строение пласта.

Предложенный подход рекомендуется использовать как на начальном этапе разработки месторождения, так и на заключительном этапе доразработки месторождения. Используя всю накопленную интегральную информацию по месторождению можно учитывать наличие «окон слияния», определять наиболее вероятное нахождение невыработанных по толщине пропластков, наметить мероприятия по их довыработке. Это позволяет повысить качество составляемой проектной документации, сократить время выполнения работы. За счет более точной настройки истории и прогноза динамики показателей продлить срок проектной разработки.

Результаты расчетов могут использоваться как самостоятельно при прогнозировании уровней добычи нефти, воды, жидкости, динамики обводнения, также как переходный этап к многомерному моделированию.

Цель работы определение структуры и механизма довыработки остаточных запасов нефти для увеличения нефтеотдачи пластов на основе разработанной математической модели и программного обеспечения путем построения гидродинамической модели пласта с учетом гравитационной составляющей фильтрационных потоков, геологического строения пласта и результатов разработки месторождения.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Показать, что для пластово-сводовых залежей в чистонефтяной зоне с внутриконтурным заводнением первоочередной прорыв воды тяготеет к подошве пласта.

2. Расширить информативность геолого-статистического разреза (ГСР) за счет включения в него данных по вертикальной проницаемости для учета вертикальной фильтрации под действием различия плотностей фильтрующих флюидов.

3. Разработать математическую модель с учетом гравитационных сил в пластах большой мощности, основанную на вероятностно-статистической геологической модели, с учетом окотслияния и различия плотностей нефти и воды.

4. Разработать алгоритм подбора вертикальной проницаемости в предложенной модели слоистого пласта с учетом гравитационных сил для моделирования окон слиянияреализовать математическую модель в виде расчетной программы для персонального компьютера под Windowsразработать алгоритм определения профильного и площадного размещения зон остаточных запасов нефти с учетом имеющихся локальных впадин и куполов на структуре пласта с применением предложенной модели и характеристик вытеснения универсального закона падения добычи нефти, предложенного Р. И. Медведским.

5. Предложить новую технологию — способ разработки месторождения (залежи), учитывающий структурное строение пласта.

6. Опробовать гидродинамическую модель для определения профильной структуры запасов на промысловых данных, разработать программу мероприятий по скважинам и реализовать ее на Северо-Пямалияхском и Муравленковском месторождениях.

Научная новизна работы. В диссертационной работе получены следующие научные результаты.

1. Показано, что в чистонефтяной зоне пласта большой мощности с внутриконтурным заводнением происходит гравитационное разделение нефти и воды с опережающим продвижением воды по подошве пласта. Гравитационное разделение нефти и воды происходит за короткое время, сравнимое со временем разработки месторождения. Теоретически обоснована и расширена область использования геолого-статистического разреза для учета интегрального эффекта от вертикальных перетоков нефти и воды через окна слияния между пропластками и пластами.

2. Научно обоснована математическая модель с учетом гравитационных сил в пластах большой мощности, основанная на вероятностно-статистической геологической модели. Она позволяет описывать процесс фильтрации нефти и воды в слоистом пласте при наличии окон слияния, с учетом вертикальногоперетока между пропластками под воздействием гравитационных сил. Данная модель является обобщением модели слоистого пласта. В ней заложена возможность адаптации геологических параметров пласта по промысловым данным, а также по данным промысловой геофизики. Данный подход позволил предложить способ разработки месторождения, учитывающий локальные впадины и купола на структуре пласта.

3. Разработан и предложен алгоритм определения профильной и плоскостной структур залегания остаточных запасов с учетом имеющихся локальных впадин и куполов с целью выбора первоочередных мероприятий по интенсификации выработке остаточных запасов нефти.

Практическая ценность исследований. Описанная в данной диссертационной работе модель объясняет часто наблюдаемое явление первоочередного обводнения подошвенной части пласта, которое подтверждается результатами исследований в контрольных скважинах.

На основе обобщения существующих моделей слоистого пласта, учета окон слияния, различия плотностей нефти и воды предложена математическая модель слоистого пласта, в которой вводится действие гравитационных сил. Данная модель служит для более полного понимания процессов, происходящих в пласте.

Разработан алгоритм подбора вертикальной проницаемости в предложенной модели слоистого, пласта с учетом гравитационных сил для моделирования окон слияния, что позволяет определить наиболее вероятное распределение остаточных запасов нефти и невыработанных пропластков. Она реализована в виде программного продукта, имеющего современный, удобный пользовательский интерфейс. Разработанная программа «FiltrG» реализует предложенную методику на ПЭВМ и позволяет:

• использовать результаты расчетов для обоснования параметров при моделировании технологий выработки запасов на многомерных моделях, а также для разработки геолого-технологических мероприятий на скважинах, причем по интервалам пласта;

• проводить многовариантные расчеты технологических показателей разработки при составлении проектов разработки и доразработки месторождений, технологических схем и технико-экономического обоснования коэффициента нефтеизвлечения в целом по пласту и по конкретным скважинам при составлении программы ГТМ;

• вести научно-исследовательскую и практическую работу с целью уточнения структуры остаточных запасов нефти пласта с максимальным учетом фактических промысловых данных;

• использовать результаты моделирования при анализе процессов заводнения по скважинам при обосновании мероприятий по регулированию, интенсификации разработки и выработки остаточных запасов нефти на месторождениях;

• определять динамику выработки остаточных запасов нефти объекта с учетом локальных впадин и куполов и повысить надежность прогнозирования показателей разработки (объема добычи нефти и воды, темпа отбора, времени разработки).

На основании фактических данных геологического строения пластов, показателей разработки проведены практические расчеты на примере Муравленковского месторождения Ноябрьского региона, которые используются при контроле, разработке и оценке выработки запасов. Эти предложения легли в основу изобретения № 2 225 941 «Способ разработки* нефтяного пласта», которое реализовано на Северо-Пямалияхском месторождении.

Результаты работы использованы в проектных работах для оценки величины остаточных запасов нефти и их профильной и плоскостной структуры, для разработки программы геолого-технологических мероприятий на ряде месторождений Ноябрьского региона. При реализации мероприятий получена дополнительная добытая нефть. ,.

Внедрение результатов исследования. Результаты используются в ОАО «СибНИИНП» при выполнении проектных работ, анализов разработки и технологических схем по месторождениям Западной Сибири:

— отчет НИР «Программа геолого-технологических мероприятий и обоснование уровней добычи нефти на месторождениях ОАО „Сибнефть“ на период до 2005 года», 1997 г;

— отчет НИР «Анализ разработки Пограничного месторождения», 2001 г;

— отчет НИР «Технологическая схема разработки Северо-Пямалияхского месторождения», 2001 г. и другие.

Апробация работы. В основу диссертационной работы положены результаты исследований, полученные автором в период с 1983 по 2003 гг., за время работы в ОАО «СибНИИНП».

Отдельные положения и выводы докладывались на: ученом совете ОАО «СибНИИНП» (1986 г.), конференции молодых ученых и специалистов ОАО «СибНИИНП» (1986 г.),.

Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в проектировании разработки и добыче нефти на месторождениях Западной Сибири» (г. Тюмень, 22−23 января 1997.

Российской конференции «Тепловые методы воздействия» (г. Шепси, Краснодарский край, 16 июня 1997 г.),.

Российской научной конференции «Пути повышения уровней добычи нефти на месторождениях ОАО «Ноябрьскнефтегаз» (г. Ноябрьск, 1−4 декабря 1997 г.),.

Всероссийской научно-практической конференции «Тюменская нефть — вчера и сегодня» (г.Тюмень, 22 декабря 1997 г.), научно-практической конференции, посвященной 25-летию ОАО «СибНИИНП» (16−17 февраля 2000 г.),.

XII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Тюмень, 12−15 марта 2001 г.), Международной конференции, посвященной 40-летию ТГНГУ (1213 октября, 2003 г.), секциях ученого совета ОАО «СибНИИНП» при защите отчетов, геолого-технических совещаниях ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз», ОАО «Сибнефть», ОАО «Тюменнефтегаз», совещаниях Территориальных комиссий по разработке Ямало-Ненецкого и Ханты-Мансийского автономных округов.

По теме диссертационной работы опубликовано 24 статьи в рецензируемых изданиях, запатентовано одно изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста, включая 2 таблицы и 57 рисунков.

Список литературы

включает 77 наименований.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Предложена модель, позволяющая описать явление первоочередного обводнения подошвенной части пласта, подтверждаемое результатами исследований в контрольных скважинах. При этом гравитационное разделение нефти и воды происходит за короткое время, сравнимое со временем разработки месторождения.

2. Расширена информативность геолого-статистического разреза за счет включения вертикальной проницаемости для учета гравитационной составляющей фильтрационных потоков.

3. Разработана математическая модель с учетом гравитационных сил для пластов большой мощности, основанная на вероятностно-статистической модели пласта. При этом известная ранее модель слоистого пласта является предельным случаем предложенной при Kz = 0, а модель вертикального равновесия — при Kz = оо.

4. Предложен алгоритм определения структуры остаточных запасовнефти по профилю и площади заводненного пласта, который позволяет разработать геолого-технологические мероприятия по скважинам и интервалам пласта для довыработки остаточных запасов нефти с целью увеличения нефтеотдачи пластов.

5. Предложен и запатентован способ разработки нефтяной залежи (№ 2 225 941 РФ), учитывающий локальные впадины и купола на структуре пласта, а также позволяющий использовать механизм гравитационного разделения для увеличения нефтеотдачи пластов.

6. Рекомендуется использовать разработанную модель на практике для: настройки параметров по фактическим данным добычи нефти и жидкости по объекту или участку пласта для определения структуры остаточных запасов нефтипланирования конкретных геолого-технологических мероприятий по скважинам и по интервалам пласта. 7. Эти рекомендации применены при регулировании разработки ряда месторождений Ноябрьского района: Муравленковского, Северо.

Пямалияхского и других, где была разработана программа геологоi * технологических мероприятий.

Эффективность мероприятий на Северо-Пямалияхском месторождении составила 22,6 тыс.т. дополнительно добытой нефти.

При реализации геолого-технологических мероприятий на Муравленковском месторождении проведено 93 скважино-операции с дополнительной добычей 52,8 тыс. т нефти.