Геологические основы разработки нефтяных и газовых месторождений

 

4. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ И СИСТЕМ  РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ  ЗАЛЕЖЕЙ

 

 

4.1. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ; ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ  ДАННЫЕ ДЛЯ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

В нашей  стране каждое месторождение вводится в разработку в соответствии с  проектным документом, составленным специализированной научно-исследовательской  организацией и предусматривающим  ту систему разработки, которая наиболее рациональна для данного месторождения его геолого-физическими особенностями.

 

Под системой разработки месторождения  понимают совокупность технологических  и технических мероприятий, обеспечивающих извлечение нефти, газа, конденсата и  попутных компонентов из пластов и управление этим процессом.

 

В зависимости  от количества, мощности, типов и  фильтрационной характеристики коллекторов, глубины залегания каждого из продуктивных пластов, степени их гидродинамической  сообщаемости и т. д. система разработки месторождения может предусматривать выделение в его геологическом разрезе одного, двух и более объектов разработки (эксплуатационных объектов).

 

При выделении на месторождении двух или более объектов для каждого  из них обосновывается своя рациональная система разработки. Будучи увязанными между собой, системы разработки отдельных эксплуатационных объектов составляют рациональную систему разработки месторождения в целом.

 

Рациональной  называют систему разработки, которая  обеспечивает потребности страны в  нефти (газе) и возможно более полное извлечение из пластов нефти, газа, конденсата и полезных попутных компонентов при наименьших затратах. Рациональная система разработки должна предусматривать соблюдение правил охраны недр и окружающей среды, полный учет всех природных, производственных и экономических особенностей района, рациональное использование природной энергии залежей, применение при необходимости методов искусственного воздействия на пласт.

 

Системы разработки с заводнением обеспечивают наибольший эффект при разработке залежей маловязкой нефти, приуроченных к продуктивным пластам с умеренной неоднородностью и повышенной проницаемостью.

 

При разработке залежей с ухудшенной геологопромысловой характеристикой (повышенная вязкость пластовой нефти, пониженная проницаемость пород-коллекторов) с помощью заводнения также достигается повышение коэффициента извлечения нефти почти в 2 раза по сравнению с его величиной при разработке на природном режиме, но абсолютные значения этого коэффициента не во всех случаях достаточно высоки. В связи с широким диапазоном показателей геолого-физической характеристики залежей значения конечного коэффициента извлечения нефти при заводненни находятся в широких пределах—в основном от 0.3 до 0,6. В среднем по стране при заводнении пластов в недрах остается около половины содержащихся в них запасов нефти.

 

В основе выбора системы разработки месторождений  УВ лежит геологопромысловое обоснование  технологических решений:

 

1) о  выделении эксплуатационных объектов  на многопластовом месторождении;

 

2) о необходимости применения метода искусственного воздействия на залежь или целесообразности разработки объекта с использованием природной энергии;

 

3) при  необходимости — о методе воздействия  и его оптимальной разновидности;  о соответствующем взаимном размещении нагнетательных и добывающих скважин на площади:

 

4) о  плотности сетки скважин;

 

5) о  градиенте давления в эксплуатационном  объекте;

 

6) о  комплексе мероприятий по контролю  и регулированию процесса разработки.

 

По  каждому из названных пунктов  должны приниматься решения, наиболее полно отвечающие геологической характеристике эксплуатационного объекта. При этом по одним пунктам рекомендации могут быть даны однозначно уже по данным промыслово-геологических исследований, по другим — могут быть предложены две-три близкие рекомендации. На этой основе специалистами в области технологии разработки месторождений выполняются гидродинамические расчеты нескольких вариантов системы разработки. Варианты различаются сочетанием рекомендаций по пунктам, обоснованных по геологическим данным. Из них выбирают оптимальный вариант, соответствующий требованиям, предъявляемым к рациональноной системе разработки. Выбор оптимального варианта выполняют на основе сравнения динамики годовых технологических и экономических показателей разработки рассмотренных вариантов.

 

Исследования  по обобщению опыта разработки нефтяных месторождении при вытеснении нефти  водой, выполненные в разные годы и в разных масштабах, свидетельствуют  о том, что основное влияние на динамику технико-экономических показателей разработки оказывает геологопромысловая характеристика объектов. Вместе с тем применение системы разработки, соответствующей геолого-физическим условиям, дает возможность в значительной мере снивелировать неблагоприятные геологопромысловые особенностн эксплуатационных объектов.

 

Обоснование выделения эксплуатационных объектов и оптимальных вариантов систем разработки каждого из них базируется на сформированной к началу проектных  работ геологической модели каждой из залежей и месторождения в целом.

 

Геологическая модель представляет собой комплекс промыслово-геологических графических  карт и схем, цифровых данных, кривых, характеризующих зависимости между  различными параметрами залежей, а  также словесное описание особенностей залежей.

 

Среди графических карт и схем обязательны: сводный литолого-стратиграфический разрез месторождения; схемы детальной корреляции; структурные карты, отражающие тектоническое строение эксплуатационного объекта; карты поверхностей коллекторов объекта с нанесением начальных контуров нефтегазоносности; геологические профили по эксплуатационному объекту с отражением условий залегания нефти и газа; карты распространения коллекторов (для каждого пласта в отдельности); карты полной, эффективной, эффективной нефтенасыщенной и газонасыщенной мощности в целом по объекту и по отдельным пластам. При специфических особенностях залежи приводятся необходимые дополнительные карты и схемы (схема обоснования положения ВНК и ГВК, карты распространения коллекторов разных типов, карта температуры, карта коэффициента светопоглощения, карта проницаемости и др.).

 

Цифровыми данными характеризуются пористость, проницаемость, начальная нефте(газо) насыщенность пород-коллекторов; полная, эффективная, эффективная нефте(газо) насыщенная мощность; мощность проницаемых разделов между пластами; физико-химические свойства пластовых нефти, газа. конденсата, воды. При этом для каждого параметра указываются: число определений разными методами и число исследованных скважин; интервалы значений; оценка неоднородности на всех иерархических уровнях; среднее значение по объекты в целом и по его частям, изучаемым на мезо-, макро- и мета - уровнях.

 

К группе цифровых данных относятся также: статистические ряды распределения проницаемости; мета- и макронеоднородность пластов (соотношение объемов коллекторов разных типов, коэффициенты песчанистости, расчлененности, прерывистости, слияния и др.): термобарические условия; результаты проведенных в лабораторных условиях физико-гидродинамических исследований вытеснения нефти (газа) агентами, использование которых предполагается при разработке объекта.

 

К важнейшим  цифровым данным, характеризующим геологическую  модель месторождения, относятся: балансовые и извлекаемые запасы нефти, газа, конденсата, ценных попутных компонентов; размеры площади нефтеносности; ширина, длина и высота залежи; размеры частей залежи, изучаемых на метауровне,—чисто нефтяной, водонефтяной нефтегазовой, нефте газоводяной, газоводяной зон.

 

В числе  кривых, характеризующих зависимости  между параметрами. приводят кривые зависимости физических свойств нефти и газа от давления и температуры, характеристику фазовых проницаемостей. зависимости коэффициента вытеснения от проницаемости.

 

В текстовой  части геологической модели залежи описывается ее природный режим и на основе всех названных выше материалов излагаются основные геолого-физические особенности залежи, определяющие выбор технологических решений и системы разработки в целом, а также влияющие на ожидаемые показатели разработки.

4.2 СИСТЕМЫ  РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОНЕФТЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИ ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕЖИМАХ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

 

 

 

В настоящее  время при использовании природных  видов энергии разрабатывают  залежи нефти с «эффективным»  природными режимами, для которых  искусственное воздействие не требуется, а также залежи с особыми геологическими условиями, при которых методы воздействия не могут принести необходимых результатов или не могут быть освоены.

 

К числу  нефтяных залежей с эффективными природными режимами относят залежи с водонапорным и активным упруговодонапорным режимами. Последний называют активным в случае, когда ресурсы его энергии достаточны для отбора из недр извлекаемых запасов нефти достаточно высокими темпами без снижения пластового давления ниже давления насыщения.

 

Наиболее распространенный метод воздействия—заводнение—не приносит нужных результатов при вязкости нефти в пластовых условиях более 30—40 мПа с, поскольку при этом в пласте не создается устойчивого фронта вытеснения нефти водой: последняя быстро перемещается по тонким наиболее проницаемым прослоям пласта, оставляя невыработанным основной объем залежи. Заводнение не может быть освоено при низкой проницаемости пластов.

 

Система разработки нефтяной залежи с использованием напора краевых вод.

 

Систему применяют для нефтяных залежей пластового типа с природным водонапорным или активным упруговодонапорным режимом.

 

Она предусматривает разбуривание залежи добывающими скважинами с расположением  их в основном в чисто нефтяной части залежи замкнутыми («кольцевыми») рядами, параллельными внутреннему контуру нефтеносности. По возможности соблюдается шахматный порядок расположения скважин (рис.   ).

 

Для продления безводного периода эксплуатации скважин расстояния между рядами скважин могут устанавливаться  несколько большими, чем между скважинами в рядах. С этой же целью в скважинах внешнего ряда нижнюю часть нефтенасыщенной мощности пласта обычно не перфорируют.

 

В скважинах  внутренних рядов нефтенасыщенный  пласт перфорируют по всей мощности. Рассмотренные размещения скважин и их перфорация наилучшим образом отвечают процессу внедрения в залежь краевых вод, восполняющих отбор жидкости из нее. Из водонефтяной зоны нефть вытесняется водой к скважинам. В процессе разработки происходит «стягивание» контуров нефтеносности, размеры залежи уменьшаются. Соответственно постепенно обводняются и выводятся из эксплуатации скважины внешнего кольцевого ряда, затем, через определенные этапы,— скважины последующих рядов.

 

Система разработки с использованием напора подошвенных вод.

 

Систему применяют для нефтяных залежей массивного типа (обычно на всей или почти на всей площади залежи подстилаются водой), которые обладают водонапорным пли активным упруговодонапорным режимом. При разработке таких залежей вытеснение нефти водой сопровождается повсеместным подъемом ВНК, т. е. последовательно обводняются интервалы залежи, расположенные примерно на одних гипсометрических отметках; размеры залежи уменьшаются. Размещение скважин на площади залежи и подход к перфорации продуктивной части разреза зависят от высоты и других параметров залежи. При высоте залежи, измеряемой десятками метров, скважины располагают равномерно и пласт в них перфорируют от кровли до некоторой условно принятой границы, отстоящей от ВНК на несколько метров (рис. 14). При высоте залежи, составляющей 200—300 м н более (что свойственно некоторым массивным залежам в карбонатных коллекторах), предпочтительнее располагать скважины по сетке, сгущающейся к центру залежи, выдерживая принцип равенства запасов нефти, приходящихся на одну скважину. При этом подход к вскрытию продуктивной части разреза в скважинах зависит от фильтрационной характеристики залежи. При низкой вязкости нефти—до 1—2 мПа с, высокой проницаемости и относительно однородном строении продуктивной толщи возможно вскрытие в скважинах верхней части нефтенасыщенной мощности, поскольку в таких условиях нефть из нижней части может быть вытеснена к вскрытым интервалам. При низкой вязкости нефти и неоднородном строении пород-коллекторов или при повышенной вязкости нефти может быть реализовано последовательное вскрытие нефтенасыщенной мощности.

 

Система разработки с использованием энергии  выделяющегося из нефти газа.

 

  Система применяется при режиме  растворенного газа и предусматривает  разбуривание эксплуатационного  объекта обычно по равномерной сетке с перфорацией во всех скважинах всей нефтенасыщенной мощности.

 

Система разработки с совместным использованием напора пластовых вод и газа газовой  шапки.

 

Система разработки нефтяной части газонефтяной залежи предусматривает использование смешанного режима залежи и вытеснение нефти контурной водой и газом газовой шапки. При этой системе скважины располагают по равномерной сетке и перфорируют в них лишь часть нефтенасыщенной мощности со значительным отступлением от контактов.

 

Поскольку вода обладает лучшей отмывающей способностью по сравнению с газом, систему предпочтительнее применять для залежей с относительно небольшими газовыми шапками.

 

При значительном объеме нефтяной части  залежи по сравнению с газовой  шапкой более эффективное действие напора вод и уменьшение влияния газовой шапки проявляются при больших углах падения пластов н значительной высоте нефтяной части залежи, высоком пластовом давлении, повышенных значениях проницаемости и гидропроводности пород-коллекторов. В рассматриваемых условиях разработка залежи в значительной мере усложняется вследствие образования конусов газа и воды. Это необходимо учитывать при обосновании интервалов перфорации и дебитов скважин.