Введение к работе
Актуальность проблемы
Оптимальные решения в области разведки и разработки нефтяных, газовых, газоконденсатних месторождений и подземных хранилищ газа существенно зависят от объема, качества и вида информации, получаемой от каждой разведочной и эксплуатационной скважины, т.е. от степени изученности геолого-гидродинамической характеристики продуктивного пласта. Одним из важнейших источников информации о продуктивном пласте являются гидродинамические методы исследования, основанные на изучении нестационарных процессов фильтрации (пьезометрии). Эти методы позволяют определить средние значения фильтрационных характеристик некоторого псевдооднородного пласта-коллектора по данным прямых наблюдений за изменением давления в скважинах и являются наиболее представительными и широко применяются в мировой практике. Природные коллекторы в действительности неоднородны как по разрезу, так и по простиранию. Неоднородности пласта, межпластовые перетоки, а также различные тектонические и литологические экраны оказывают влияние на характер изменения давления в скважинах, приводя к различным аномалиям при обработке результатов исследований в графической форме. Получаемые при этом кривые в ряде случаев не поддаются интерпретации обычными общеизвестными методами даже для определения только фильтрационных параметров пласта или их интерпретация известными методами приводит к значительным искажениям конечных результатов. С другой стороны, аномальные кривые в зашифрованном виде могут содержать значительно больший объем информации, в том числе геологической, которая будучи извлеченной позволяет с большей надежностью проектировать разработку и прогнозировать основные технологические показатели эксплуатации месторождения или подземного хранилища газа при меньшем числе разведочных скважин и в более короткие сроки. При проведении работ в условиях Крайнего Севера и на морских месторождениях максимально возможная дополнительная информация об особенностях зоны дренирования
4 каждой скважины особенно полезна, т.к. бурение здесь связано с особыми трудностями и большими дополнительными затратами.
Подземные хранилища газа обычно приурочены к густонаселенным районам, в которых бурение разведочных скважин осложнено. В этих случаях предлагаемые гидродинамические методы могут показать особенности, пласта на значительных расстояниях от уже имеющихся скважин, выявить и протрассировать границы резких изменений в свойствах пласта.
В связи с тенденцией продвижения разведки и разработки месторождений на шельф и в труднодоступные районы России актуальность проблемы получения максимально возможной информации от каждой поисковой, разведочной и эксплуатационной скважины будет возрастать.
Цель работы
Разработать и внедрить методы, повышающие надежность,
информативность и разрешающую способность пьезометрических
(гидродинамических) исследований скважин экранированных
нефтегазоводоносных залежей. Методы являются составной и равноправной частью в комплексе сейсмических, промыслово-геофизических и др. методов исследования пластов и скважин.
На многочисленных практических примерах показать целесообразность и эффективность использования методов для выявления и трассировки границ пласта.
Основные задачи исследований:
-
Исследовать принципиальную возможность выявления и трассировки границ пласта, в том числе границы раздела газ-жидкость, методами пьезометрии скважин. Показать, что все многообразие взаимного расположения границ в реальных пластах можно свести к двум основным схемам: пересекающимся и параллельным границам, а также их сочетаниям.
-
Разработать методы расчета распределения давления при возмущении пластов, экранированных:
одной границей конечной протяженности;
двумя пересекающимися границами (клиновидные пласты);
параллельными границами (полосообразные пласты);
- тремя и четырьмя пересекающимися границами: полубесконечная
полоса, прямоугольный (линзовидный) пласт.
3. Разработать и внедрить методы интерпретации данных пьезометрии
возмущающих и наблюдательных скважин при постоянном и переменном
дебите, позволяющие в условиях экранированных пластов определять не только
их фильтрационные параметры, но и выявлять и трассировать границы:
- метод совмещения расчетных кривых с фактическими путем
минимизации невязки.
- метод последовательного сравнения расчетных кривых с фактическими.
-
Разработать методику определения оптимального времени возбуждения и остановки скважин при пьезометрических исследованиях экранированных пластов.
-
На основе результатов, полученных при решении задач 1-4,разработать и внедрить в производственных объединениях, в качестве элемента автоматизированной системы управления разработкой нефтяных и газовых месторождений и критерия выбора объектов для воздействия на призабойную зону скважин, систему математических моделей и универсальный автоматизированный программный комплекс "Интерпретатор-М" по интерпретации данных пьезометрии скважин, позволяющий в автоматизированном режиме определять:
наиболее характерную модель фильтрации флюида в зоне дренирования данной скважины;
для модели однородного пласта и всех других моделей фильтрационные параметры;
для модели пласта с ухудшенной прискважинной зоной размер этой зоны, степень ее ухудшения и скин-эффект;
для модели пласта с двойной пористостью (или с межпластовыми перетоками) характерное время релаксации переходных процессов;
для моделей экранированных пластов количество границ, их характер (пересекающиеся или параллельные), расстояния до границ и угол пересечения.
Методы решения поставленных задач:
-
Анализ особенностей и аномалий реальных графиков изменения давления, затрудняющих и во многих случаях не позволяющих реализацию известных методов интерпретации данных пьезометрических исследований применительно к экранированным пластам.
-
Привлечение геологической информации при исследовании сложнопостроенных нефтегазоводоносных пластов и выявление наиболее характерной геометрии взаимного расположения границ.
-
Разработка аналитических зависимостей для расчетов распределения давления при возмущении экранированных пластов при простой и сложной истории возмущения.
-
Математическое моделирование фильтрационных процессов для экранированных пластов и при необходимости сравнение с данными электроаналоговогомоделирования.
-
Использование методов прямолинейной анаморфозы графиков прослеживания, характерных точек, совмещения и последовательного сравнения расчетных кривых с фактическими для решения обратных задач - определения фильтрационных и геометрических параметров экранированных пластов по кривым изменения давления в скважинах.
Научная новизна
Диссертационная работа является обобщением многолетних результатов исследований соискателя, посвященных определению фильтрационных и геометрических параметров экранированных нефтегазоводоносных пластов по данным пьезометрии скважин. В работе получены следующие научные результаты:
1. В рамках теории упругого режима фильтрации и метода суперпозиции источников-стоков найдены точные решения задач распределения давления в пластах, экранированных двумя пересекающимися границам ("тектонический клин") и в полосообразных пластах. Показано, что к этим основным схемам и
7 их частным случаям можно свести практически все часто встречающиеся варианты расположения тектонических нарушений и литологических изменений в реальных нефтегазоводоносных залежах.
-
Получены приближенные решения задач распределения давления в пластах, экранированных границей конечной протяженности.
-
Получены расчетные формулы для изменения давления на стенке возмущающей скважины для различных случаев расположения границ пласта.
4. Показано, что при решении геологических задач методами
пьезометрии: определения характера неоднородности, выявления и трассировки
границ пласта предпочтение следует отдавать кривым восстановления давления
(К.ВД), содержащим более конкретную информацию по сравнению с кривыми
взаимодействия скважин.
5. В качестве универсального и наиболее надежного метода определения
фильтрационных и геометрических параметров экранированных пластов в
комплексе с данными геологии и геофизики предложен метод совмещения
расчетных кривых с фактическими. Для оценочных определений параметров
экранированных пластов предложено использовать методы характерных точек;
отрезков, отсекаемых на оси давлений; последовательного сравнения расчетных
кривых с фактическими.
6. Предложены зависимости для оценки длительности возбуждения
скважин и времени прослеживания КВД для получения более надежной
информации о границах пласта.
7.-Теоретически и практически доказана существенно более высокая информативность и разрешающая способность гидродинамических методов исследования скважин, чем это представлялось ранее, и разработаны средства для получения этой дополнительной информации, основанные на теории упругого режима фильтрации.
8 Практическая ценность
Разработанные методы позволяют:
- с привлечением геолого-промысловой информации по результатам пьезометрии скважин определять в условиях сложнопостроенных месторождений не только комплекс фильтрационных, но и геологических параметров без дополнительных затрат на промысловые исследования и при меньшем числе разведочных скважин. При этом возможно выявление и трассировка малоамплитудных нарушений, причем во многих случаях, особенно в период разведочных работ, соответствующие методы являются единственно приемлемыми для решения таких задач;
при проектировании разработки нефтяных и газовых месторождений, а также водоносных структур для подземного хранения газа, учесть влияние выявленных экранов и дать обоснованный подсчет запасов и прогноз распределения давления в залежах;
проводить интерпретацию данных пьезометрических исследований с учетом любой истории работы скважины или группы скважин, что упрощает требования к исходному промысловому материалу;
планировать длительность исследований и определять необходимое время возбуждения и остановки скважины для получения надежной информации о границах пласта. При этом можно оптимизировать соотношение величин "информация-стоимость";
определять фильтрационные параметры мощного газового пласта по наблюдению за взаимодействием группы высокодебитных эксплуатационных скважин при их кустовом расположении.
Разработанные методы использованы в системе широко внедренного в производство универсального программного комплекса "Интерпретатор - М", являющегося элементом автоматизированной системы управления разведкой и разработкой нефтяных и газовых месторождений. Комплекс позволяет по результатам интерпретации КВД, кроме определения фильтрационных параметров, облегчить построение модели фильтрации в зоне дренирования скважин, выявлять границы, определять характер экранирования, расстояния до
9 границ и места их пересечения, выявлять объекты с ухудшенной прискважинной зоной, двойной пористостью и межпластовыми перетоками.
Реализация результатов работы в промышленности
Разработанные методы выявления и определения положения границ пласта методами пьезометрии пластов и скважин реализованы при:
создании Калужского подземного хранилища газа, а также при проектировании ПХГ в песчаной линзе на Щелковской площади;
проектировании, анализе разработки и уточнении геологического строения газоконденсатных месторождений Уренгойского, Бахар и Сангачалы-море;
анализе эффективности работы водонагнетательных скважин на морском нефтяном месторождении им.28 Апреля (Азери);
постановке исследовательских задач, анализе результатов гидродинамических исследований поисковых и разведочных скважин и проектировании разработки морских нефтяных и газовых месторождений Арктики;
- уточнении геолого-промысловой модели залежей Оренбургского и
Карачаганакского ГКМ;
- выборе объектов интенсификации добычи на нефтяном месторождении
Белый Тигр на шельфе СРВ, нефтяных и газовых месторождениях Польши.
Отдельные положения работы нашли отражение в "Инструкции по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных скважин", раздел V. 1. Недра. М. 1980; в "Руководстве по исследованию скважин", разделы 5.3, 5.4 и 5.7. Наука. М. 1995.
10 Апробация работ
Основные положения диссертации доложены на: - семинаре "Внедрение новой техники при обустройстве и эксплуатации газовых месторождений в условиях Крайнего Севера" (г.Надым, 1973);
Всесоюзных семинарах по гидродинамическим исследованиям пластов и скважин (г.Москва, ВНИИ, 1973; г.Одесса, 1974), современным проблемам нефтегазопромысловой механики (г.Баку, 1988);
научно-технических конференциях по разработке газовых месторождений и подземному хранению газа (г.Москва, ВНИИГаз, 1978); проблемам развития Надым-уренгойского газодобывающего комплекса (г.Надым, 1979); "Комплексному освоению нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР" (г.Москва, МИНГ им. Губкина, 1990);
на Международном симпозиуме по вопросам разработки нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами (г.Варна, Болгария. 1989);
на Международных конференциях по разработке газоконденсатных месторождений (г.Краснодар, 1990); новым методам поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа. Секция: "Новые технологии в разработке" (г.Краков, Польша, 1995).
на Всепольской научно-технической конференции по нефти и газу (г.Краков, Польша, 1994).
Структура и объем работ
Диссертация в форме научного доклада состоит из общей характеристики работы, семи разделов, заключения и списка публикаций по теме диссертации.
Публикации
По теме диссертации соискателем опубликовано 57 печатных работ, включая монографию, авторские свидетельства, патенты, Руководящие документы и разделы Инструкции и Руководства по исследованию скважин.
***
На протяжении многих лет формирование научных знаний и интересов
соискателя происходили под влиянием ученых ГАНГа им.Губкина, и в первую
очередь профессоров И.А.Чарного, В.Н.Щелкачева, Б.Б.Лапука, Ю.П.Коротаєва,
М.А.Гусейнзаде, А.И.Ширковского, К..С.Басниева, С.Н.Закирова, доцента
И.Н.Кочиной и др, а также ученых из ВНИИГаза С.Н.Бузинова, Г.А.Зотова,
П.Т.Шмыгли; ВНИИНефти Ю.А.Мясникова, В.Н.Васильевского,
ИД.Умрихина, Р.А.Максутова; Тюменского нефтегазового Университета
Р.И.Медведского, ученых из Азербайджана А.Х.Мирзаджанзаде,
Л.БЛистенгартена.
Автор приносит благодарность Б.А.Резнику, Ф.К.Салманову, П.А.Герешу,
Е.М.Нанивскому, В.М.Мельникову, А.М.Брехунцову, Н.М.Кульпиной,
А.М.Свечникову, Г.Г.Кучерову, Ю.Ф.Федоровскому, Ю.АЛронову,
Ю.Н.Васильеву, Х.Б.Юсуфзаде, Т.И.Абдуллаеву, С.М.Касумову, сотрудничество с которыми позволило поставить и решить ряд производственных и исследовательских задач по выявлению и трассировке границ нефтегазоводоносных пластов.
Автор благодарит своих коллег из ВНИПИморнефтегаза: директора
института И.Б.Дубина и сотрудников И.Б.Басовича, Б.С.Капцанова,
Л.Б.Обморошеву, Л.Н.Воронкову, Е.Е.Милешину, Е.П.Трофимова,
А.О.Трофимову, Г.Х.Ефимову, В.В.Вартапетова за помошь при выполнении работы.