Коэффициент охвата вытеснением и его определение

   При разработке залежей УВ одна из главных задач—возможно более полное вовлечение объема залежи в процесс дренирования. Степень вовлечения объема эксплуатационного объекта в разработку характеризуется коэффициентом охватазалежи разработкой Kохв.р, представляющим собой отношение части эффективного объема эксплуатационного объекта Vохв.р, включенной в процесс дренирования под воздействием всех видов энергии, которыми она располагает, к общему эффективному объему залежи (объекта) V общ K охв.р= V охв.р/ V общ.

   При разработке газовых и газоконденсатных залежей, которая осуществляется с использованием возможностей природных режимов, в условиях непрерывно снижающегося пластового давления вследствие большой подвижности пластового газа весь объем залежи обычно представляет собой единую гидродинамическую систему, все точки которой взаимодействуют между собой. В результате практически весь объем залежи включается в процесс дренирования, т. е. Кохв.р=1

Условия разработки нефтяных эксплуатационных объектов, особенно при больших площадях нефтеносности и повышенной вязкости нефти, часто характеризуются слабой гидродинамической связью между отдельными их частями, в результате чего изменение давления в одной точке объекта может не оказывать видимого влияния на другие его точки. В связи с этим величина Кохв.р часто меньше единицы.

Как уже отмечалось, в России нефтяные месторождения разрабатывают в основном с искусственным воздействием на пласт. При нагнетании в пласт воды (или другого рабочего агента) вытеснение нефти к забоям добывающих скважин и дренирование залежи в целом происходит практически только за счет энергии закачки. В этих условиях особо важное значение приобретает оценка степени охвата продуктивного объема процессом вытеснения нефти. Охваченной процессом вытеснения считают ту часть эксплуатационного объекта, где в результате поступления в пласты нагнетаемой воды не происходит снижения пластового давления, благодаря чему скважины эксплуатируются с устойчивыми дебитами, соответствующими продуктивной характеристике перфорированных пластов.

      Коэффициент охвата вытеснением Кохв. выт представляет собой отношение части эффективного объема залежи (эксплуатационного объекта) Vохв.выт, участвующей в дренировании под воздействием вытесняющего агента, к общему эффективному объему залежи (объекта) Vобщ:

 

Кохв.выт = Vохв.выт/Vобщ

 

Коэффициент охвата вытеснением входит в формулу, используемую для прогноза коэффициента нефтеотдачи. Его величина оказывает большое влияние на конечную нефтеотдачу и на темпы добычи нефти. Достижение возможно большей величины этого коэффициента играет решающую роль при выборе системы разработки для новой залежи и является основной целью развития и совершенствования этой системы, а также управления протекающими в пластах процессами на протяжении всего периода разработки.

 Различают коэффициент охвата по мощности и коэффициент охвата по площади.         

Коэффициент охвата вытеснением по мощности Kохв.выт h определяется в скважине как отношение нефтенасыщенной мощности, подвергающейся воздействию, к суммарной эффективной нефтенасыщенной мощности объекта. В нагнетательных скважинах подвергающимися воздействию считают те пласты и прослои эксплуатационного объекта, в которые поступает нагнетаемая вода, а в добывающих скважинах—пласты и прослои, активно отдающие носить в условиях стабильного или даже возрастающего пластового давления.

Коэффициент охвата вытеснением по площади Кохв.выт S определяют для каждого пласта эксплуатационного объекта в отдельности. Численно он равен отношению площади, охваченной процессом вытеснения, к общей площади распространения пласта-коллектора в пределах залежи.

Величины Кохв.выт h, Koxв. выт S и Кохв.выт зависят в первую очередь от геологической характеристики эксплуатационного объекта. Большое влияние оказывают также степень соответствия принятой системы разработки геологической характеристике объекта и условия ее реализации.

Рассмотрим особенности охвата процессом вытеснения для случая, когда полностью разбуренный в соответствии с проектным документом эксплуатационный объект представлен монолитным, т. е. не расчлененным непроницаемыми прослоями пластом. При нагнетании в такой пласт воды Кохв.выт h можно считать равным единице, если даже приемистость регистрируется не по всей мощности пласта, поскольку давление, создаваемое нагнетанием воды, перераспределяется и по горизонтали и по вертикали. На охват однопластового объекта процессом вытеснения по площади в первую очередь оказывают влияние проницаемость коллекторов Кпр и вязкость пластовой нефти н, определяющие фильтрационные свойства пласта. При прочих равных условиях расстояние, на которое по горизонтали воздействует закачка воды, возрастает с увеличением проницаемости пласта и уменьшением вязкости нефти. Поскольку увеличение указанных свойств действует в разных направлениях, для характеристики фильтрационной способности пласта используют их отношение Кпр/  н, называемое подвижностью нефти в пластовых условиях, или проводимостью пласта. Как показывает опыт разработки, при пониженной подвижности нефти (Кпр/н<<0,1 м⁴/(Н*с)) влияние от разрезающего ряда нагнетательных скважин распространяется не далее 1—1,5 км в каждую сторону ют него. Поэтому в таких условиях ширину полос между разрезающими рядами принимают не более 2—3 км. При высокой подвижности нефти (Кпр/н>=0,1 м4/(Н*с)) влияние нагнетания воды распространяется на более далекое расстояние, поэтому ширину полос между линиями разрезания можно принимать большей—до 4—5 км.

При однородном строении пласта по площади выбор оптимальной ширины полосы между разрезающими рядами (а также выбор оптимальной ширины залежи при изучении возможности применения законтурного заводнения, выбор расстояния между очагами заводнения и т. д.), соответствующей фильтрационной характеристике пласта, обеспечивает охват полосы (залежи) воздействием по всей ее ширине. Завышение ширины полос при разрезании залежей или применение законтурного заводнения при большой ширине залежи приводит к тому, что внутренняя, удаленная от нагнетательных скважин часть площади не испытывает воздействия. Большое влияние на степень охвата пласта вытеснением по площади оказывают его микро-, мезо- и макронеоднородность. В связи с зональной неоднородностью пласта нагнетательные скважины характеризуются существенно различной приемистостью, а на отдельных участках эксплуатационных объектов в связи с весьма низкой проницаемостью коллекторов или с их отсутствием обеспечить закачку воды не удается совсем. Это приводит к тому, что некоторые внутренние участки площади остаются не включенными в процесс вытеснения. Наличие локальных участков отсутствия коллекторов, участков с низкой проницаемостью, дизъюнктивных нарушений между нагнетательными и добывающими скважинами ограничивает распространение влияния закачки на отдельные части площади.

Таким образом, величина коэффициента охвата воздействием монолитного пласта, имеющего неоднородное строение, зависит от расположения нагнетательных и добывающих скважин относительно экранирующих элементов пласта. Расположение скважин без учета характера неоднородности пласта увеличивает количество и размеры участков, не испытывающих влияния закачки вследствие их экранирования. Кроме того, вне процесса вытеснения оказываются локальные участки около границ распространения коллекторов, за добывающими скважинами, хотя на них влияние закачки и распространяется. На этапах проектирования разработки учесть при размещении проектных скважин неоднородность во всех ее деталях не удается, так как она бывает изучена еще не в полной мере. Однако общие закономерности могут быть учтены. Так, в условиях часто наблюдаемого залегания терригенных коллекторов с разной мощностью и проницаемостью в виде чередующихся полос причудливой формы примерно одного простирания ряды нагнетательных скважин целесообразно располагать вкрест простирания полос. Сокращение размеров не охваченных вытеснением краевых участков зон залегания коллекторов возможно за счет более плотной сетки скважин основного фонда, а также за счет бурения скважин резервного фонда.

     Величина коэффициента охвата вытеснением по площади тесно связана также с соотношением объемов закачиваемой в пласт воды и отбираемой из него жидкости (в пластовых условиях). Если это соотношение менее единицы, т. е. закачка меньше отбора, значит удаленные от нагнетательных скважин участки площади испытывают недостаточное воздействие или не испытывают его вовсе вследствие экранирующего влияния действующих добывающих скважин, расположенных вблизи нагнетательных. Соответствие объема нагнетаемой воды объему добываемой из пласта жидкости является, таким образом одной из важнейших предпосылок увеличения коэффициента охвата вытеснением по площади.

При разработке многопластового эксплуатационного объекта явления, рассмотренные для однопластового объекта, могут быть свойственны каждому из пластов в отдельности. При этом на разных участках объекта в плане могут совмещаться зоны пластов как с примерно одинаковой, так и с существенно различающейся характеристикой охвата вытеснением. Это бывает связано с неравномерным охватом по мощности, выражающимся в том, что в скважинах могут быть пласты как вовлеченные в процесс вытеснения, так и не работающие. Следует иметь в виду, что выполняемое из экономических соображений объединение неоднородных пластов для совместной их разработки объективно приводит к снижению в той или иной мере степени охвата каждого из них по площади процессом вытеснения. Это обусловлено особенностями работы пластов в нагнетательных скважинах. Установлено, что при совместной перфорации в нагнетательных скважинах пластов с существенно различной проницаемостью воду принимают пласты с повышенной проницаемостью, в то время как в менее проницаемые пласты вода не поступает.

Анализ приемистости пластов при давлении нагнетания воды 12 МПа показал, что при наличии в разрезе нагнетательных скважин двух пластов они оба принимают воду только в 50 % скважин, а в остальных скважинах в один из пластов вода не поступает. В скважинах, в разрезе которых три изолированных пласта, в 50 % случаев воду принимает только один пласт, в 30 % случаев—два пласта и лишь в 20%—все три пласта. Среди скважин, имеющих в разрезе четыре пласта, не выявлено таких, где все пласты принимают воду. Связано это с тем, что для освоения под закачку пластов с разной проницаемостью требуются разные репрессии—меньшие при высоких значениях проницаемости и большие — при низких. При совместном освоении пластов вода поступает только в те пласты, для которых применяемое давление нагнетания воды оказывается достаточным. Все сказанное объясняет тот факт, что при разработке многопластовых объектов коэффициент охвата их процессом вытеснения по мощности имеет значения, меньшие единицы. Это снижает величину коэффициента охвата объекта в целом. Обычно, чем выше расчлененность объекта разработки и чем больше различия в коллекторских свойствах его пластов, тем большее их число не принимает воду и, следовательно, тем ниже охват воздействием по мощности объекта. Это обстоятельство необходимо учитывать при обосновании выделения эксплуатационных объектов на многопластовом месторождении, а также при обосновании и выполнении комплекса мероприятий по управлению процессом разработки, в том числе мероприятий, направленных на включение в работу возможно большего числа пластов в нагнетательных скважинах.

Методика оценки коэффициента охвата эксплуатационного объекта процессом вытеснения основана на использовании карт охвата пластов вытеснением, характеризующих размеры площади зон вытеснения. Для однопластового эксплуатационного объекта строят одну такую карту, для многопластового их количество соответствует числу пластов в объекте. Указанные карты строят на основе карт распространения коллекторов. На них указывают месторождение нагнетательных и добывающих скважин, общие границы распространения коллекторов с разной продуктивностью (наиболее часто выделяют две группы коллекторов—с высокой и низкой продуктивностью), дизъюнктивные нарушения, границы зон вытеснения. Иногда на карту наносят изопахиты эффективной нефтенасыщенной мощности, чаще же используют карты мощности, построенные отдельно. По карте охвата находят Vохв.выт и Vобщ, которые определяют соответственно в границах распространения коллектора как произведение средней мощности пласта на соответствующих участках на величину их площади. При постоянной нефтенасыщенной мощности пласта коэффициент охвата может быть определен как отношение площади пласта Sохв. выт, охваченной процессом вытеснения, к площади распространения нефтенасыщенных коллекторов.

По многопластовому объекту в целом коэффициент охвата вытеснением Sобщ может быть определен как среднее взвешенное по мощности из значений этого коэффициента, полученных для отдельных пластов.

Различают коэффициенты охвата вытеснением прогнозный и фактический.

Прогнозный коэффициент охвата вытеснением обосновывают при проектировании разработки месторождения для определения проектного коэффициента нефтеотдачи.

Поскольку данных о строении неоднородных пластов, полученных по разведочным скважинам, бывает недостаточно для построения карт распространения коллекторов, при составлении первого проектного документа Кохв. выт может быть принят по аналогии с идентичными пластами более изученных ближайших месторождений.

При составлении второго проектного документа с использованием данных бурения большей части скважин основного фонда могут быть использованы карты распространения коллекторов, составленные непосредственно по изучаемым пластам. Границы зон воздействия при этом наносят на карты предположительно, исходя из особенностей мезо- и макронеоднородности пластов.

   Известно несколько способов выделения таких зон для прогноза коэффициента охвата вытеснением. При этом исходят из предпосылки, что проектируемая система разработки обеспечит полную компенсацию отбора жидкости из пласта закачкой рабочего агента (воды) и не будет намеренной временной консервации каких-либо частей залежи.

В настоящее время наиболее широко используется способ прогноза Кохв.выт, предложенный Ю. П. Борисовым, В. В. Воиновым, 3. К. Рябининой. Способ основан на разделении всего нефтенасыщенного объема пласта на непрерывную часть Vн полулинзы Vпл и линзы Vл. На карте распространения коллекторов к непрерывной части пласта относят участки залегания коллекторов, имеющие не менее чем два выхода к контуру питания, т. е. ограниченные не менее чем с двух сторон линиями нагнетания и получающие воздействие с противоположных сторон. К полулинзам относят участки коллекторов, прилегающие к одной линии нагнетания, вследствие чего воздействие на них может осуществляться только с одной стороны. К линзам относят изолированные участки пласта-коллектора, окруженные со всех сторон непроницаемыми породами и не выходящие на линии нагнетания.

При прогнозировании Кохв.выт исходят из следующего допущения. Непрерывные части пласта, где вытеснение нефти водой происходит по встречным направлениям к расположенному посередине стягивающему эксплуатационному ряду, будут охвачены этим процессом полностью. В полулинзах вытеснение происходит только в одном направлении со стороны разрезающего ряда. При этом между последним рядом добывающих скважин и границей распространения коллекторов будут оставаться участки, не вовлекаемые в разработку. Поэтому полулинзы окажутся охвачены вытеснением не полностью. В линзах вытеснения происходить не может, поэтому они остаются вне границ охвата вытеснением.

Прогнозирование охвата воздействием на стадии подготовки месторождения к разработке может также осуществляться по геологическим профилям. Для этого строят серию попарных профилей всех пробуренных разведочных скважин.

При залегании прерывистых пластов преимущественно в виде полос сложной конфигурации М. М. Саттаров и другие исследователи предлагают использовать иной способ определения Кохв.выт. Он основан на предпосылке, что при заводнении подобных пластов в процесс вытеснения не включаются краевые полосообразные участки коллекторов вдоль границ их распространения, имеющие в среднем ширину, равную половине расстояния между добывающими скважинами при принятой сетке их размещения.

При этом прогнозный коэффициент охвата пласта вытеснением определяется по формуле:

Кохв = 1 - Ls/2F

 

где L — общая длина границ распространения коллекторов изучаемого пласта в пределах залежи; s — принятое расстояние между добывающими скважинами; F — площадь распространения коллекторов в пределах залежи; L s /2 F —коэффициент потерь за счет неполного охвата пласта воздействием.

Применение этого способа определения прогнозного Кохв. выт дает возможность количественно оценивать влияние на его величину плотности сетки добывающих скважин при разной степени макронеоднородности пласта по площади.

В процессе разработки эксплуатационного объекта периодически (обычно на конец года) составляют карты фактического охвата каждого пласта эксплуатационного объекта процессом вытеснения и объекта в целом. Это делается для оценки эффективности принятой системы и процесса разработки—для выяснения соответствия фактического охвата проектному, а также выявления частей объекта, недостаточно участвующих в дренировании, и обоснования технологических мероприятий, направленных на активизацию их разработки.

Для построения карт фактического охвата вытеснением используют комплекс данных, характеризующих работу скважин и пластов в целом.