В статье рассмотрены основы комплексной разработки нефтяных месторождений, для которых необходимо изучение геологических особенностей месторождения, гидродинамических расчетов и экономического обоснования. А также анализ разнообразных методов сетки разработки эксплуатации залежей при различных режимах работы. Рассматривается необходимое удовлетворение выделенных объектов для разработки требования наиболее полного и рационального извлечения нефти из пласта.
Эта работа может быть использована для разработки месторождения с целью обеспечения заданного уровня добычи нефти при минимальных затратах и высокой нефтеотдаче, а также для создания рациональной системы разработки месторождения путем построения и технико-экономического анализа большого количества самых разных схем размещения скважин и вариантов разработки.
Ключевые слова: истощение, обводнение, сетка разработки, вязкость, объемный коэффициент, контур, нефтеносность, нефтяные залежи, горизонт, гидродинамический метод.
Под рациональной разработкой нефтяного месторождения подразумевают такую разработку, при которой месторождение разбуривается минимально допустимым числом скважин, обеспечивающим получение заданных темпов добычи нефти, высокую конечную нефтеотдачу при возможно минимальных капитальных вложениях и минимальной себестоимости нефти.
Для рациональной разработки месторождения важное значение имеют правильный выбор и обоснование выделения эксплуатационных объектов.
Эксплуатационным объектом принято называть ту часть нефтяной залежи, которая выделяется для разбуривания и эксплуатации самостоятельной сеткой эксплуатационных и нагнетательных скважин.
Выделение эксплуатационных объектов — составная часть проектирования рациональной разработки нефтяных месторождений должно производиться комплексно на основании изучения геологических особенностей месторождения, гидродинамических расчетов и экономического обоснования. При этом необходимо, чтобы выделенный объект удовлетворял требованиям наиболее полного и рационального извлечения нефти из пласта.
Геолого-промысловые условия выделения объектов могут быть сформулированы следующим образом [1].
- Эксплуатационный объект должен содержать достаточные запасы нефти для рентабельного ее извлечения при самостоятельной сетке скважин.
- Эксплуатационным объектом может быть один мощный или несколько более мелких нефтяных пластов, отделенных на значительной территории от выше и нижележащих отложений пачкой непроницаемых пород.
- Эксплуатационный объект должен обладать надлежащей эффективной мощностью, величина которой определяется экономической рентабельностью.
- В один эксплуатационный объект следует соединять пласты, характеризующиеся одним и тем же литологическим составом и примерно одинаковой проницаемостью и пористостью.
- В один объект следует включать пласты, содержащие нефть, с идентичными или близкими физико-химическими свойствами и примерно одинаковыми площадями нефтенасыщения.
- Нефтеносные пласты, объединяемые в один объект, должны характеризоваться близкими значениями приведенного пластового давления.
При рассмотрении условий эксплуатации необходимо учитывать предполагаемые методы воздействия на пласт [2].
Если в геологическом разрезе месторождения содержится большое число нефтяных пластов, то их можно объединить в несколько эксплуатационных объектов, среди которых отмечают базисный горизонт и объекты возврата.
Базисный горизонт обязательно высокопродуктивный, имеющий первоочередное народнохозяйственное значение, залегает на глубине, доступной для массового бурения эксплуатационных скважин при современном уровне развития техники [3].
Все вышележащие нефтеносные пласты по их значимости подразделяются:
1) на объекты самостоятельной разработки; их можно разрабатывать с базисным горизонтом одновременно;
2) на объекты возврата; к ним относятся малодебитные пласты, разработка которых осуществляется путем возврата скважин после истощения или обводнения их по нижележащим пластам.
В зависимости от геологического строения продуктивных пластов месторождение разбуривают по равномерной сетке (по какой-либо правильной геометрической схеме), рядами (батареями) или бессистемно (с геометрической точки зрения). Равномерная сетка может быть треугольно (или в тоже время шестиугольной) и квадратной. На нефтяных месторождениях при использовании равномерной сетки применяют треугольную сетку, для которой зависимость между условной площадью питания ƒ (в га), находящейся на скважину, и расстоянием между скважинами у (в м) выражается соотношением у =1,0√ƒ.
На нефтяных месторождениях США обычно применяют квадратную сетку, что объясняется удобством размещения скважин по границам отдельных нефтяных участков, имеющих, как правило, квадратную форму [4].
При квадратной сетке зависимость условной площади питания одной скважины ƒ 1 (в га) от расстояния между скважинами у 1 (в м) может быть выражена зависимостью
у 1= √ƒ 1
Равномерные сплошные сетки скважин применяют при разработке залежей с неподвижным конусом нефтеносности (залежи, изолированные от напора воды массивные «водоплавающие» залежи с напором подошвенных вод.
Расстояние между скважинами выбирают, в зависимости от геолого-технических условий и экономических соображений.
На нефтяных залежах с напорным и режимами (перемещающимися контурами нефтеносности) скважины располагают рядами, параллельными перемещающимся контурам: при газонапорном режиме — параллельно контуру газоносности, при водонапорном — контуру водоносности [5].
Расстояние между рядами скважин для каждой конкретной залежи может быть постоянным или изменяться от ряда к ряду.
Расстояние между скважинами в ряду также может быть одинаковым для всех рядов или различным для каждого ряда. Эти расстояния устанавливаются при составлении проекта разработки залежи.
Важным показателем является темп отбора нефти — суммарная добыча нефти из месторождения за определенный промежуток времени (сутки, месяц, год). При заданном числе скважин, пробуренных на каждый конкретный пласт, средние дебиты их, а, следовательно, и текущая добыча могут быть самыми различными и зависят от установленного режима эксплуатации каждой скважины. В свою очередь, режимы эксплуатации каждой скважины и всего месторождения в целом могут изменяться во времени в зависимости от изменения геолого-технических и энергетических факторов этого месторождения.
Естественные условия, определяющие запас пластовой энергии в залежи, не всегда могут обеспечить высокие темпы отбора нефти из нее в связи с быстрым снижением пластового давления. Для улучшения условий разработки залежи, как правило, создают искусственный напорный режим, что достигается закачкой в пласт воды или газа для поддержания пластового давления на высоком уровне [6].
При разработке нефтяных залежей с применением методов искусственного воздействия на пласты обычно применяют разреженные сетки скважин с областью дренирования, приходящейся на каждую скважину -12- 60 га и более в зависимости от геолого-физических условий залежи.
Система разработки каждой нефтяной залежи может быть самой различной как по сетке размещения скважин, порядку и темпу разбуривания площади, так и по темпам отбора жидкости. Кроме того, нефтяную залежь можно разрабатывать с применением методов искусственного воздействия на залежь или без применения этих методов.
Так как в природе встречаются самые разнообразные залежи нефти по размерам и мощности, глубине залегания, геолого-физическим свойствам нефтесодержащих пород и характеристике нефти, содержанию в пласте газа и воды, то общего рецепта для выбора системы разработки нефтяных залежей дать нельзя. К каждой залежи должен быть применен сугубо индивидуальный подход с тем, чтобы разработка была наиболее рациональной и эффективной при соблюдении правил по охране недр.
Проектирование разработки нефтяных залежей заключается в подборе такого варианта, который удовлетворял бы предъявленным выше требованиям. Поэтому при установлении рациональной системы разработки руководствуются следующей последовательностью:
а) определение исходных геолого-физических данных;
б) установление технических показателей при той или иной системе разработки пласта путем использования гидродинамических расчетов; в) оценка экономической эффективности различных вариантов разработки; г) выбор наиболее рационального варианта разработки на основе сопоставления геолого-технических и экономических показателей.
Геологическое изучение месторождения начинается с бурением первых скважин на нем. Определяется общая геологическая характеристика месторождения, устанавливается его стратиграфия и тектоника, выявляются нефтеносные, газоносные и водоносные пласты, устанавливается связь между ними, а также между отдельными пропластками в пределах одного стратиграфического горизонта, выделяются эксплуатационные объекты.
По каждому объекту определяется характеристика пород (пористость, проницаемость и пр.), их нефте- и водонасыщенность, содержание газа в нефти, качество нефти и ее свойства в пластовых условиях (давление насыщения, объемный коэффициент, вязкость и пр.), характеристика пластовых вод.
При пробной эксплуатации разведочных скважин определяются пластовое давление и производительность скважин, изучается энергетическая характеристика пластов, их режимы.
При разведочном бурении определяются размеры и конфигурация залежей нефти, контуров нефтеносности, положение водонефтяных и газонефтяных контактов, мощность пластов в различных зонах.
По полученным данным подсчитываются геологические запасы нефти и газа и определяются промышленные извлекаемые запасы.
После накопления геологических и физических данных по месторождению и определения запасов нефти устанавливают порядок разработки отдельных эксплуатационных объектов и приступают к проектированию разработки его отдельных горизонтов и залежей.
Основными задачами проектирования разработки нефтяной залежи являются:
1) определение рациональной схемы размещения эксплуатационных и нагнетательных скважин и порядка их ввода в работу;
2) определение дебитов скважин на различных этапах разработки, а также динамики изменения текущей добычи нефти и сопутствующих ей воды и газа в целом по залежи;
3) определение сроков работы отдельных групп скважин, а также полного срока разработки залежи; выявление характерных особенностей продвижения границы раздела нефть — вода или нефть — газ.
Решить указанные задачи непосредственно прямым путем не представляется возможным, так как нет метода, позволяющего сразу определить число скважин, схему их решения, порядок и режим работы скважин, обеспечивающих заданный уровень добычи нефти при минимальных издержках и высокой нефтеотдаче. Поэтому установить рациональную систему разработки залежи можно только путем построения и технико-экономического анализа большого числа самых различных схем размещения скважин и вариантов разработки.
Для каждого варианта размещения скважин на площади проводятся гидродинамические расчеты по определению текущей добычи нефти из залежи, ее изменения во времени в связи с обводнением скважин, срока разработки и т. п.
С целью упрощения проектирования разработки нефтяных залежей применяют:
1) осреднение физических параметров пласта по данным ограниченного числа исследований кернов (пористость, проницаемость, нефте- или водонасыщенность и т. п.);
2) приведение задачи к плоской задаче теории фильтрации;
3) приведение конфигурации залежи к более правильной геометрической форме (схематизация).
При расчете давлений в пластах с большими углами падения пользуются приведенными давлениями.
Физический смысл введения приведенных давлений состоит в том, что наклонный пласт как бы заменяют горизонтальным, начальное давление в котором повсюду одинаковое и в котором поэтому движение жидкости и газа может возникнуть только после нарушения этого постоянства давления.
Сущность гидродинамических методов расчета заключается в выявлении количественной связи между дебитами скважин и давлением в них, в определении скоростей и сроков перемещения пластовой жидкости в зависимости от формы залежи, параметров продуктивного пласта, вязкости нефти и воды, числа взаимного расположения скважин. Расчетные формулы для гидродинамических расчетов базируются на основных законах фильтрации жидкости в пористых средах законах взаимодействия отдельных скважин в процессе их совместной работы.
При проведении расчетов учитываются ресурсы естественной пластовой энергии, а в случае необходимости предусматривается восполнение этой энергии извне.
В большинстве случаев запасы естественной пластовой энергии бывают ограничены. Поэтому современная технология разработки нефтяных месторождений предусматривает применение искусственных методов воздействия на пласт для восполнения пластовой энергии, расходуемой в процессе разработки нефтяных пластов.
В настоящее время процессы искусственного воздействия на нефтяные пласты, теоретически разработанные, являются основным элементом в современных системах разработки нефтяных месторождений. Поэтому при всех гидродинамических расчетах основных параметров разработки предусматривается применение методов поддержания пластового давления.
При этом устанавливаются число и система размещения нагнетательных скважин, объем и давление нагнетаемой в пласт жидкости или газа.
В результате проведения гидродинамических расчетов, проверяемых дополнительно на электрических моделях пласта, получается ряд вариантов, разработки залежи с различными техническими показателями: различным числом скважин на площади, различной интенсивностью отбора нефти из пласта, различными сроками разработки и т. п.
Для каждого варианта разработки определяется объем капиталовложений и эксплуатационных затрат, выявляется себестоимость нефти, устанавливается выработка на одного рабочего. В результате экономических расчетов определяется связь между затратами труда, металла, капиталовложений, с одной стороны, и числом скважин на площади и объемом текущей и суммарной добычи нефти — с другой.
Литература:
1. Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата. Справ. руководство: в 2 т. / Под ред. Ю. П. Коротаева, Р. Д. Маргудова. — М.: Недра, 1984. — Т. 1.
2. Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата. Справ. руководство: в 2 т. — М.: Недра, 1987. Т. II.
3. Закиров С. Н., Колесникова С. П., Коротаев Ю. П., Коршунова Л. Г. Деформации границы раздела газ — вода при эксплуатации скважины. // Сб. реф. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. Вып. 6. — М.: ВНИИЭГазпром, 1977.
4. Коротаев Ю. П., Закиров С. Н. Теория и проектирование разработки газовых и газоконденсатных месторождений. — М.: Недра, 1981.
5. Деряев А. Р. Характеристика продуктивных горизонтов и определение физико — химических свойств их продукции для разработки месторождений методом одновременной раздельной эксплуатации.// Сборник статей Международной научно-практической конференции “Прорывные научные исследования: проблемы, пределы и возможности” — Уфа: Издательство ООО “Омега сайнс”. 2023. — С.31–43.
6. Деряев А. Р. Технологический режим работы скважин и особенности улучшения системы сбора, подготовки и транспорта природного и попутного газа газоконденсатных месторождениях.// Международный научный журнал «Научное знание современности» выпуск № 1 (71) — Казань: Научное издание: «Общество науки и творчества», 2023. — с.10–18.
