Моделирование фильтрационных систем сложнопостроенных коллекторов для решения задач нефтегазопромысловой геологии Денк, Святослав Отеллович

Введение к работе

Актуальность проблемы. В настоящее время отмечается сущее і -ценное изменение структуры запасов нефти на месторождениях нашеіі страны: преобладающее большинство продуктивных объектов с высо-коиронннаемымн и ёмкими террптеннымн коллекторами, разрабатываемых и условиях активного водонапорного режима, обеспечивающеюся в основном реализацией эффективных систем заводнення, п содержащих маловязкую нефть, уже истощены со степенью выработки начальных извлекаемых запасов (НИЗ) 0,9 и выше. Хотя, согласно данным И.П. Васильева и др. (1988), достигнутые значения коэффициента извлечения нефти (КИИ) мало отличаются от проектных (0,518 и 0,486 соответственно), и результаты разработки следует признать положительными, это не снимает остроту проблемы эффективною вовлечения и разработку запасов нефти, сосредоточенных в слабопрони-цаемых и сложнопостроенных коллекторах, а также залежей, содержащих высоковязкую и малоподвижную нефть и т.п. Монопольное господство па месторождениях бывшего СССР внутрикоптурпого заводнения продуктивных объектов (с помощью которою в 1986 т. обеспечивалась добыча свыше 92 % нефти по Западной Сибири), показавшего недостаточную эффективность, - в частности, в период 1970 - 1987 гг. обводнённость продукции на тех же месторождениях Западной Сибири возросла более чем вдвое, - и в продуктивных объектах со сравнительно высокими фильтрацнонно-ёмкостными свойствами (ФЕС) и качеством пластовых флюидов, лишь осложняет рациональную разработку трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья.

Не в последнюю очередь малая эффективность стандартных методов пефтеизвлечения, в том числе вышеупомянутого внутрикоптурпого заводнения, обусловливается господством в нефтегазовой геологии и теории разработки нефтяных месторождений представлений о коллекторе как о полостной среде, которая абсолютно (разумеется, с некоторыми отклонениями от "идеала") проточна и извлечение нефти из которой должно исчерпываться механическим вытеснением её каким-либо вводимым извне рабочим агентом. Схематичность и метафизичность такою рода представлений не без иронии охарактеризовал уже в 1983 г. Ю.П. Жслгов: "Долгое время мы рассматривали воду как поршень, вытесняющий нефть из порового пространства пласта. Теперь же оказалось, что этот поршень дырявый". Суть проблемы, однако, заключается не в одном лишь "дырявом поршне", но и в сложности строения полостного пространства коллектора, отнюдь не напоминающего не пересекающиеся каналы в модели неразрывно-проточного полостного пространства. Этой не учитываемой при моделировании ФЕС сложностью объясняется, например, малая эффективность даже передовых методик увеличения нефтеотдачи (МУН), нередко заклады-

ваемая в перспективные планы (следовательно, признаваемая за наиболее вероятную): так, на месторождении Джуди-Крик (Канада) при смешивающемся вытеснении нефти сжиженным газом из известняков рифовой фации предполагалось достижение КПП, равного 0,06-0,09 (по маїерналам выставки 1989 г. "Нефіеіаз-химия" во Франции). Однако необходимо отметить, что редукционистский взгляд на коллектор как на параллельные трубки тока предопределяет понимание указанной сложности строения, - в особенности неоднородности фильтрационных параметров (ФИ), - в духе незакономерных (хаотичных) отклонении 01 идеального состояния ФПС.

Напроти, системный подход к сірукіуре филырациопио-емкостных параметров (продемонстрированным в самом общем виде Л.Ф. Дементьевым) предполагает целостное изучение продуктивного объект как фильтрационной системы (ФС), что изменяет буквально все представления об извлечении нефти, МУН и т.п. Развитие системных исследований в области ФЕС сложнопостроенных нефтегазоносных толщ делает объективно необходимым построение универсальной фильтрационной модели (УФМ) пласта-коллектора, по возможности адекватно отображающей внутренние связи ФС. Использование подобной модели, как показали исследования диссертанта, позволит перейти от пассивного управления процессами нефтеизвлечения, реализуемого в русле предсказаний течения этих процессов по жёстко заданным параметрам системы разработки, к созданию гибкой системы раз-рабоїки, адаптируемой по любому критерию к характеристикам филы рационных потоков пластовых флюидов. В связи с з тим актуальность диссертации очевидна как в фундамешальном, так п в прак-шческом о шошенпях.

Целью работы являемся создание на основе теоретических обобщений и систематизации промьіслово-іеолоїическнх данных УФМ неоднородного пласта-коллектора и практическое использование указанной модели для решения вопросов изучения ФЕС и оптимизации выработки запасов нефти (газа) сложнопостроенных продуктивных толщ.

Основные направления исследований.

1. Изучение системно-иерархической "структурированности" неоднородности ФП сложнопостроенных продуктивных объектов на базе промыслово-1 еологическнх данных.

2. Обоснование и построение УФМ нефіегазоносной толщи, адек-вашо отображающей её связи (прежде всею гидродинамическую) и способствующей решению задач нефтегазовой геологии и промышленной разработки.

3. Изучение динамики разработки продуктивною обьекта как динамики смены состояний ФС и влияния особенностей каждого такого состояния на процессы нефтегазоизвлечения.

4. Оценка влияния гидродинамических характерне пік объект разработки на его эксплуатационные параметры: эффективное! і. соэ-данпя искусственных напорных режимов пласта, пложоегь сегкп скважин (ГІСС) и др.

5. Научно-практические рекомендации по рационализации процессов нефтегазоиэвлеченпя для конкретных месторождений углеводородного сырья.

Методика решения поставленных задач состоит в осмыслении на основе системного подхода результатов промыслово-геофизических, промыслоно-шдродпиампчеекпх и кериош.іх исследований продуктивных обі.ектов вместе с изучением динамики технологических показаіе-лей разработки.

Научная новизна. Впервые на основе систематизации результатов промыслово-гсолотческих исследовании и ретроспективного анализа разработки продуктивных объектов в рамках системных представлении получены следующие выводы, зависимости и научные представлений.

1. Установлена "структурированность" форм фильтрационной неоднородности продуктивных объектов независимо от лнтологпческого состава и коллекторского типа.

2. Обоснована н создана УФМ сложнопостроенной нефтегазоносном толщи.

3. Выработаны представлення о динамике разработки продуктивного объекта как закономерной смене состояний ФС, каждое из которых обусловливает вполне определённое состояние процессов нефтега-эонэвлечеппя.

4. Установлены прямая и обратная зависимости между шдродп-пампческнмн характеристиками (опосредствуемыми состояниями ФС) объекта разработки и ею эксплуатационными показателями, в том числе эффективностью воздействия на пласты, ПСС и др.

Основные чаїцищасмыс положения.

1. Понятие о системно-структурном, закономерном распределении
фильтрационной неоднородности в коллекторах любых типов, лнто
логпческого состава и фациальной принадлежности. Указанная неод
нородность рассматривается как одна из основных гидродинамических
характеристик продуктивного объекта.

2. Обоснование и построение УФМ неоднородного пласта-
коллектора, учитывающей "двуедпнетво" его ФП и позволяющей оп
тимизировать процессы нефтегазоизвлечения.

3. Понятие о ФС продуктивного объекта и её состояниях, объективная смена которых обусловливает динамику основных показателей разработки.

4. Вывод о прямой її обратной связи гидродинамических характеристик (обобщённо отображаемой состояниями ФС) и эксплуатациои-

ных показателей разработки (например, объёмов и темпа нагнетания в залежь рабочих агентов, ПСС) продуктивного объекта.

Пракч ическая ценность работы сосі опт прежде нсеїо и том, что выдшшутые и ней соображения относительно закономерной смены со-СІОЯНИІІ ФС продуктивного объекта, зависящей ог шпененвиосш іех-ническою воздейстпия па систему, позволяют реально осуіцесівляїь сознательное управление процессом разработки. С помощью регулирования о і борон нефти (una) осуществляется поддержание ФС в заранее іпбраипом н наїїиьігодиеііиіем с точки зрения зффектнвпосш неф-тегазоизплечения состоянии на основе изменения интенсивности воз-деіісівия на систему. Сама по себе реализация подобных разработок, по мнению автора, позволит сделать шаг от пассивного (апостериори для ликвидации нежелательных последствий) к активному (имеющему оптимизационный или, образно юворя, "самосовершенствующийся" характер) управлению процессами нефтегазоизвлечения.

Результаты исследований, изложенные в диссертации, могут быть успешно использованы специалистами НИИ и НИПИ нефтегазового профиля при проектировании систем разработки продуктивных объектов.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены и научно-производственных отчетах ОАО ПермННГШнефть, обсуждались на заседаниях секции геологии и разработки нефтяных месторождений Учёною Совета ОАО ПермННГШнефть, секции Н'ГС Пермского государсівешіого технического университета "Геология, разработка и бурение нефтяных и газовых скважин", кафедры геологии нефти и таза Пермскою іосударственпоіо техническою университет. Полученные результаты частично пашни применение при составлении автором "Технологическою регламента по применению шдрофобпо-эмульсионпых растворов для глушения скважин перед подземными ремонтами" (НГДУ Кунгурнефть, 1988) и "Временных рекомендаций по испытанию и освоению трещинных коллекторов нефти и газа в ПО Пермнефть"(1992).

Публикации. По теме диссертации автором лично, без соавюров опубликовано 29 работ, в том числе две монографии.

Структура и объём диссертации. Работа насчитывает 5 глав, введение и заключение, состоит из //27> таблиц. Библиографический список составляет 237 наименовании. Общий обьём рукописи - -' '. сіраннц,-

Фаиический маїерпал. Выводы, пможепные в дпссеріацпоппоіі рабо іе, получены па основании результатов миоюлетнен произволе і -венной и научной деяіельностп аніора в ПІДУ "Куш урпсфіь", ПО "Пермнефіеісофпзпка" п ОАО ПерміІПППпефіь. Помимо собсівенных исследований автор использовал фактический маїерпал из других пефіеіазодобывающих регионов бывшею СССР, в том числе матерна-

лі,і всесоюзных совещаний по рачрабоїке нефтяных месюрождешііі и Альметьевске (1973 г.) и Нижневартовске (1988 г.), а также мноючпе-ленные публикации по теме диссертации и отечественной и иностранной печати. В общем диссертантом были изучены исходные данные эксплуатации по более чем 200 нефтегазоносным продуктивным объектам нашей страны и мира.

Автор выражает глубокую благодарность главному геологу ОАО "ЛУКойл-Пермнефть" О.Э. Денку за предоставленную возможность ознакомиться с первичной геолого-промысловой информацией и профессору, д-ру геол.- минерал, наук В.И. Галкину за ценные советы и консультации при подготовке диссертации.