Тема 1.5 Разработка нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

 

 

Под системой разработки нефтяных месторождений и залежей понимают форму организации движения нефти в пластах к добывающим скважинам. Система разработки включает комплекс технологических и технических мероприятий, обеспечивающих управление процессом разработки залежей нефти и направленных на достижение высокой выработки запасов нефти из продуктивных пластов при соблюдении условий охраны недр. Система разработки нефтяных месторождений определяет: порядок ввода эксплуатационных объектов многопластового месторождения в разработку; сетки размещения скважин на объектах и их число; темп и порядок ввода их в работу; способы регулирования баланса и использования пластовой энергии. Следует различать системы разработки многопластовых месторождений и отдельных залежей (однопластовых месторождений.)

В многопластовом месторождении выделяется несколько продуктивных пластов. Продуктивный пласт может разделяться на пропластки, прослои пород-коллекторов, которые развиты не повсеместно. Надежно изолированный сверху и снизу непроницаемыми породами отдельный пласт, а также несколько пластов, гидродинамически связанных между собой в пределах рассматриваемой площади месторождения или ее части, составляют элементарный объект разработки. Эксплуатационный объект (объект разработки) - это элементарный объект или совокупность элементарных объектов, разрабатываемых самостоятельной сеткой скважин при обеспечении контроля и регулирования процесса их эксплуатации.

Эксплуатационным объектом, или объектом разработки, называют один или несколько продуктивных пластов месторождения, которые выделяют исходя из геоло­го-технических условий и экономических соображений для совместной разработки одной серией скважин.

При наличии в разрезе месторождения одного продуктив­ного пласта залежь нефти является единственным объектом разработки. В этом случае и месторождение, и эксплуатаци­онный объект называют однопластовым.

На многопластовых месторождениях до 40-х годов каждый продуктивный пласт обычно служил объектом разработки — базисным или возвратным. Базисные объекты разрабатыва­лись определенными системами пробуренных на них сква­жин. Возвратные продолжительное время находились в консервации и затем вводились в разработку скважинами, вы­полнявшими свое назначение по базисному объекту.

При внедрении заводнения, позволяющего управлять про­цессом разработки, стало правилом на многопластовом мес­торождении выделять не только однопластовые эксплуатаци­онные объекты, но и объекты, состоящие из двух-трех плас­тов и иногда более. При этом понятие "возвратный объект" ушло в прошлое. При выделении на месторождении несколь­ких объектов разработки на каждый из них, как правило, проектируется самостоятельная система скважин.

Решение вопроса о рациональном группировании пластов в эксплуатационные объекты на многопластовом месторож­дении связано с определенными трудностями, так как в ряде случаев могут быть предложены разные варианты. В то же время каждый вариант имеет положительные и отрицатель­ные моменты. Решение о выделении минимального количест­ва объектов (т.е. о расчленении на крупные объекты) позво­ляет разрабатывать месторождение меньшим количеством скважин и тем самым обеспечивать весомую экономию капи­тальных вложений. Однако при этом суммарная продуктив­ность скважин может оказаться несколько меньшей, чем сумма значений продуктивности пластов при их раздельной разработке, затрудняется управление процессом разработки. При значительной неоднородности плас­тов-коллекторов и существенных различиях их толщины и проницаемости количество возможных вариантов может быть увеличено (например, объединение в один объект двух средних пластов, в другой — верхнего и нижнего пластов; выделение однопластового и трехпластового объектов). Мо­гут быть выбраны также промежуточные варианты, при ко­торых в добывающих скважинах продуктивные пласты пер­форируют совместно, а нагнетание воды проводят раздельно в пары пластов или даже в каждый пласт в отдельности. Таким образом, выделение объектов разработки является оптимизационной задачей. Обоснование выделения эксплуатационных объектов обычно проводят в два этапа. На первом этапе рассматрива­ют геолого-физические особенности, как благоприятствую­щие, так и препятствующие объединению пластов для совме­стной разработки; на втором этапе этот вопрос решают с учетом технологических и экономических факторов.

При выделении объектов разработки, состоящих из не­скольких пластов, необходимо, чтобы выполнялись следую­щие геологические требования:

· объединяемые для совместной разработки пласты должны принадлежать единому этажу нефтеносности, что предопре­деляет их расположение на близких глубинах, небольшие различия в начальном пластовом давлении и температуре и т.д.;

· природные режимы пластов должны быть одинаковыми;

· пласты должны быть идентичными по литологии и типу коллекторов во избежание различий в характере перемеще­ния жидкости в пластах с разной структурой пустотного пространства, в степени разрушения прискважинной зоны пластов при эксплуатации скважин и т.д.;

· желательно, чтобы пласты мало различались по проницае­мости и неоднородности, что способствует приемистости всех пластов в нагнетательных скважинах и притоку нефти из всех пластов при общем забойном давлении;

· между выделяемыми эксплуатационными объектами долж­ны иметься надежные разделы из непроницаемых пород во избежание перетоков жидкости между соседними по разрезу объектами;

· вязкость нефти в пластовых условиях должна быть в объ­единяемых пластах одинаковой, что обеспечивает общие за­кономерности процесса вытеснения нефти;

· нефть пластов должна иметь одинаковые товарные качест­ва во избежание смеси нефтей, требующих разной техноло­гии промысловой подготовки и переработки (например, нельзя объединять пласты с сернистой и бессернистой неф­тью);

· эксплуатационный объект должен иметь значительные за­пасы на единицу своей площади (удельные запасы) для обес­печения продолжительной эксплуатации скважин.

Для некоторых месторождений учета геологических тре­бований оказывается достаточно для решения вопроса о вы­делении объектов разработки. В случаях, когда этого недо­статочно, выполняют второй этап исследований:

- оценку динамики годовых технологических показателей разработки для каждого из возможных вариантов выделения эксплуатационных объектов — по каждому объекту в от­дельности и по месторождению в целом;

- оценку общего количества скважин, добычи нефти и объ­емов отбираемой воды;

- расчет по вариантам экономических показателей — в со­ответствии с требованиями рыночной экономики;

- выбор варианта с максимальными показателями годовой добычи нефти по месторождению при наибольшем экономи­ческом эффекте и лучшем использовании недр.

Расчеты технологических и экономических показателей разных вариантов проводят с учетом понижающего влияния объединения высокопродуктивных пластов на коэффициент продуктивности скважин. В качестве количественного пока­зателя для оценки последствий объединения пластов в объек­ты в разном сочетании В.Г. Каналин и другие исследователи рекомендуют использовать коэффициент продуктивности скважин. На величину этого коэффициента влияют количест­во пластов, объединяемых в эксплуатационный объект, и степень различия в геолого-промысловых характеристиках пластов. Значения коэффициентов продуктивности пластов при раздельной их эксплуатации определяют по соответству­ющим параметрам этих пластов.

На выбор оптимального варианта выделения объекта за­метное влияние может оказывать глубина залегания продук­тивных пластов. Поскольку при большой глубине резко воз­растает стоимость бурения скважин, оптимальному варианту при большой глубине может соответствовать меньшее коли­чество выделяемых объектов, чем при прочих равных усло­виях, но при небольшой глубине. На выбор объектов могут оказывать влияние также другие условия освоения месторождения (расположение месторождения в пределах шельфа, в сложных поверхностных условиях и др.).

Опыт разработки многопластовых высокопродуктивных месторождений и развитие теории проектирования разра­ботки позволяют все более обоснованно подходить к выделению эксплуатационных объектов на новых месторождени­ях и вносить коррективы в ранее принятые решения по уже разрабатываемым месторождениям. В целом развитие пред­ставлений по этому вопросу показало, что мнение специалис­тов о возможности выделения на высокопродуктивных мес­торождениях крупных многопластовых объектов разработки, господствовавшее в 40 —60-х годах, было излишне оптимис­тичным. Если раньше часто принимались решения о выделе­нии эксплуатационных объектов с суммарной нефтенасыщенной толщиной до 40 — 50 м и более, содержащих до 5—10 и более пластов различной толщины, то в настоящее время обычно выделяют объекты с толщиной не более 20 —30 м и с меньшим количеством пластов. На целом ряде месторожде­ний страны, где вначале были выделены чрезмерно крупные объекты, что привело к недостаточно полному и активному включению их в разработку, позже пришлось бурить значи­тельное количество скважин с раздельным вскрытием верх­ней и нижней (а иногда верхней, средней и нижней) частей первоначального объекта.

Так, на месторождении Узень сначала в качестве единого эксплуатационного объекта разработки были разбурены многопластовые горизонты XIII и XIV. Позже было пробуре­но большое количество скважин раздельно на каждый гори­зонт. Аналогично были разукрупнены некоторые объекты на ряде месторождений Западной Сибири — Самотлорском, Усть-Балыкском и др. На Абдрахмановской площади Ромашкинского месторождения корректировка первоначального решения выполнена иначе. Здесь на первом этапе для совме­стной разработки были объединены все семь пластов гори­зонта Д1 Впоследствии общее количество скважин на площа­ди было увеличено, при этом в каждой новой скважине пер­форировались те пласты, которые должным образом не уча­ствовали в разработке на данном участке площади.

При разработке многопластового месторождения проектные решения по системам разработки каждого из эксплуатацион­ных объектов должны приниматься с учетом наличия других объектов. Так, при сравнительно небольшой разнице в глуби­нах залегания пластов проектные скважины всех объектов це­лесообразно бурить до подошвы самого нижнего пласта. Это дает возможность на поздних стадиях разработки переводить обводнившиеся скважины одного объекта на другой и таким образом улучшить их выработку. При этом появляется также возможность контроля за выработкой пластов (неперфорированных) одного объекта в скважинах другого нейтронными ме­тодами. Скважины одного объекта следует располагать со сме­щением на площади относительно скважин другого объекта.

При проектировании систем разработки соседних по раз­резу объектов необходимо принимать во внимание, что на­личие между ними непроницаемого раздела не исключает слу­чаев перетока жидкости между объектами на локальных уча­стках, где этот раздел отсутствует, а также по заколонному пространству скважин с некачественным цементированием. Перетоки наиболее возможны на участках, где между сосед­ними объектами создаются большие перепады давления. Для предотвращения перетоков рекомендуется располагать терри­ториально в одних местах ряды нагнетательных и ряды до­бывающих скважин соседних объектов. При этом области высокого давления (зоны нагнетания воды) и области низкого давления (зоны отбора) соседних объектов будут совмещены в плане и значения пластового давления в эксплуатационных объектах в каждой точке месторождения будут различаться незначительно. В таких условиях перетоки жид­кости между объектами практически исключаются. При не­соблюдении этой рекомендации области высокого давления одного объекта могут оказаться совмещенными в плане с областями низкого давления другого объекта. Предпосылки для перетоков жидкости из нижнего объекта в верхний возникают на участках, где расположены ряды на­гнетательных скважин нижнего объекта, а из верхнего в нижний — на участках, где расположены нагнетательные скважины верхнего объекта.

Из-за отсутствия опыта разработки в начале применения заводнения и несоблюдения рекомендуемых условий перето­ки жидкости между объектами были допущены на ряде участ­ков первых разрабатываемых с заводнением месторождений — Туймазинском, Шкаповском и др. Для прекращения перетоков потребовалось проведение ряда трудоемких технологических мероприятий.

При выделении в разрезе месторождения двух или не­скольких эксплуатационных объектов в проектном докумен­те устанавливают последовательность их освоения. Следует различать три возможные ситуации в зависимости от сравни­тельной продуктивности объектов.

1. В условиях примерной равноценности объектов целесообразно осуществлять их одновременное разбуривание и освоение. Это устраняет необходимость неоднократного перемещения буровых мощностей по площади месторождения.

2. При значительной разнице продуктивности объектов, но при условии, что разработка малопродуктивных объектов самостоятельной серией скважин тем не менее рентабельна, возможно последовательное освоение объектов, начиная с наиболее продуктивного.

3. Высокоэкономичным путем разработки эксплуатационных объектов с разной продуктивностью может быть применение метода одновременно-раздельной эксплуатации объ­ектов в скважинах. Метод предусматривает бурение на два (возможно, и на три) объекта единой серии скважин и установку во всех нагнетательных и добывающих скважинах специального оборудования, которое обеспечивает раздельную эксплуатацию объектов, учет добываемой продукции и нагнетаемой воды каждого объекта при забойных давлениях, соответствующих их продуктивности и приемистости.

При разработке многопластовых месторождений с низкой продуктивностью всех пластов (такие месторождения в по­следнее время нередко вводятся в разработку) выделение не­скольких объектов разработки не обеспечивает достаточно высоких дебитов скважин и оказывается нерентабельным. По таким месторождениям целесообразно более решительно идти на объединение пластов в объекты разработки. При этом необходимо изыскивать надежные способы раздельного определения показателей работы (дебитов, обводненности, давления и др.) каждого из пластов, методы изоляции плас­тов, обводняющихся ранее других.

При разработке залежей нефти, приуроченных к крупным карбонатным массивам толщиной в несколько сотен метров, обычно трещиноватым, практикуют условное расчленение их на этажи разработки с последовательной выработкой их снизу вверх — единой серией скважин или бурением само­стоятельных скважин на каждый из этажей (в последнем слу­чае фактически выделяется несколько объектов разработки).

В многопластовом месторождении выделяется несколько продуктивных пластов. Продуктивный пласт может разделяться на пропластки, прослои пород-коллекторов, которые развиты не повсеместно. Надежно изолированный сверху и снизу непроницаемыми породами отдельный пласт, а также несколько пластов, гидродинамически связанных между собой в пределах рассматриваемой площади месторождения или ее части, составляют элементарный объект разработки.

Эксплуатационный объект (объект разработки) - это элементарный объект или совокупность элементарных объектов, разрабатываемых самостоятельной сеткой скважин при обеспечении контроля и регулирования процесса их эксплуатации.

Эксплуатационные объекты выделяют на основе геологического, технологического и экономического анализов в период проектирования разработки. При решении вопросов выделения эксплуатационных объектов рекомендуется учитывать следующее: диапазон нефтегазоносности по разрезу (толщину продуктивного разреза); число продуктивных пластов в разрезе; глубину залегания продуктивных пластов; толщину промежуточных непродуктивных пластов и наличие зон слияния продуктивных пластов; положение водонефтяных контактов по пластам; литологическую характеристику продуктивных пластов; коллекторские свойства (особенно проницаемость и эффективную толщину), диапазон их изменения; различие типов залежей по пластам; режимы залежей и возможное их изменение; свойства нефти в пластовых и поверхностных условиях; запасы нефти по пластам.

Если эти условия не препятствуют совмещению пластов в единый объект, то проводят гидродинамические расчеты по определению технологических показателей с учетом способов регулирования баланса пластовой энергии, контроля и регулирования процесса разработки, а также технических средств добычи нефти. Затем определяют экономическую эффективность различных вариантов сочетания отдельных пластов в эксплуатационные объекты. Научно обоснованное выделение эксплуатационных объектов служит важным фактором экономии и повышения эффективности разработки.

В зависимости от порядка ввода эксплуатационных объектов в разработку выделяют две группы систем разработки многопластового нефтяного месторождения:

· системы одновременной разработки объектов;

· системы последовательной разработки объектов.