Введение к работе
Актуальность проблемы. Предметом исследования настоящей диссертации являются нефтегазовые залежи (месторождения). Это означает, что рассматриваются залежи, представленные газовой (газоконденсатной) шапкой, нефтяной оторочкой и подстилаемые подошвенной или контурной водой. На территории бывшего СССР вьмвлено более 400 нефтегазовых залежей на 200 месторождениях нефти и газа.
Известно, что нефтегазовые залежи являются одним из наиболее сложных объектов разработки с точки зрения извлечения нефти. Наличие газовой шапки и подстилающей воды существенным образом осложняет процессы эксплуатации скважин и разработки залежи в целом. В таких залежах эксплуатационные скважины быстро загазовываются и обводняются. Уже это одно затрудняет процессы эксплуатации скважин. Так, например, при повышенных газовых факторах исключается возможность применения различных насосов для извлечения нефти на поверхность. Кроме того, появление в продукции скважины газа газовой шапки в ряде случаев приводит к осложнениям, связанным с гидратообразованием в стволе скважины.
Загазование и обводнение продукции скважин вызывает ускорение достижения предела нерентабельной добычи нефти. Следствием этого являются невысокие уровни накопленной добычи нефти из каждой эксплуатационной скважины в отдельности и месторождения в целом. Это означает, что коэффициент нефтеотдачи нефтяной оторочки оказывается невысоким.
Опыт разработки отечественных и зарубежных нефтегазовых месторождений показывает, что существующие технологии разработки нефтегазовых месторождений характеризуются невысокой эффективностью. Коэффициенты нефтеизвлечения для них составляют от нескольких процентов до 15-20% и в среднем равняются около 10%. Счастливые исключения относятся к случаям, когда нефтяная оторочка характеризуется значительной толщиной, газовая шапка имеет подчиненное значение по запасам и малую газе-
насыщенную толщину и при этом проницаемость коллекторов составляет несколько единиц дарси.
Приведенные цифры значительно уступают среднему по стране коэффициенту нефтеизвлечения, оцениваемому в 40%. Отсюда видно, сколь актуальна проблема совершенствования разработки нефтегазовых залежей, ибо при их разработке в недрах остаются огромные неизвлекаемые запасы нефти. О значимости данной проблемы свидетельствует и тот факт, что около трети разведанных запасов нефти Западной и в особенности Восточной Сибири приурочены к нефтяным оторочкам.
Сказанное, видимо, убеждает в актуальности тематики настоящей диссертации, так как она посвящена недостаточно исследованным проблемам разработки и эксплуатации нефтяных оторочек нефтегазовых залежей. Недостаточность исследованности объясняется сложностью фильтрационных процессов, имеющих место при разработке нефтегазовых залежей. По этой причине общее число исследований и публикаций по нефтегазовым залежам в среднем на порядок меньше, чем по чисто нефтяным или газовым залежам. Этим также объясняется недостаточная еще эффективность разработки рассматриваемого типа месторождений.
Цель работы. Изучить закономерности совместного притока к скважине жидких и газообразных флюидов и выявить соответствующие особенности индикаторных линий.
Усовершенствовать численные алгоритмы многомерной и многофазной фильтрации, применяемые в теории разработки нефтегазовых месторождений.
Исследовать влияние нового типа неоднородности - "косой" слоистости (вызванной залеганием слоисто-неоднородного пласта под некоторым углом к горизонту) на плотность сетки эксплуатационных скважин и обосновать подходы, позволяющие снизить отрицательное ее воздействие на показатели добычи нефти.
Методы решения поставленных запач. Задачи установившегося совместного притока к скважине нескольких флюидов решаются с использова-
ниєм аналитических методов, применяемых в подземной газогидродинамике. Задачи неустановившейся многомерной и многофазной фильтрации исследуются на основе численных методов анализа. Для обоснования практических рекомендаций реализована постановка соответствующих математических экспериментов с использованием предложенных численных алгоритмов. При этом созданная программа прогнозирования показателей разработки нефтегазовых залежей проверена на тестах SPE.
Научная новизна. Получены аналитические решения задач установившегося совместного притока двух и трех флюидов к скважине, что позволило выявить характерные особенности такого типа течений и конфигурации индикаторных линий для каждой из фаз.
Показано, что вводимая в рассмотрение "косая" слоистость в случае нефтегазовых залежей может оказывать значительное негативное влияние на степень дренирования нефтяной оторочки. Предложены формулы, дающие возможность оценивать плотность сетки скважин при исключении потерь нефти вследствие указанного типа неоднородности пласта, или определять потребное число скважин для достижения заданной степени дренирования нефтяной оторочки.
Предложена технология разработки нефтегазовых залежей с неоднородностью продуктивного пласта типа косой слоистости.
Сформулирована постановка и предложен численный алгоритм решения задачи неустановившейся многомерной четырехфазной фильтрации применительно к разработке реальных нефтегазовых залежей без упрощающих допущений.
Обоснован новый технологический режим эксплуатации скважин, дренирующих нефтяную оторочку, который заключается в поддержании оптимального, с точки зрения пласта и лифта, газового фактора.
Практическая пенность работы. Созданный программный комплекс решения задач многомерной четырехфазной фильтрации расширяет круг возможных исследований в области создания новых технологий разработки нефтегазовых месторождений. Предложенный новый технологический ре-
жим эксплуатации скважин применительно к разработке нефтяных оторочек позволяет отказаться от механизированных способов добычи нефти, является более гибким, чем режим критических безгазовых дебатов и дает возможность интенсифицировать добычу нефти.
Введенное понятие нового типа неоднородности пласта - "косая" слоистость, предопределяет возможность избегать снижения нефтеотдачи и эффективности разработки нефтегазовых залежей. Предложенная применительно к залежам с косой слоистостью технология разработки позволяет снизить негативное влияние данного типа неоднородности на нефтеотдачу пласта.
Полученные гипотетические индикаторные линии применительно к исследованию скважин при установившихся режимах фильтрации в условиях совместного притока нескольких флюидов представляют интерес для теории и практики исследования скважин.
. Внедрение результатов исследований. Результаты исследований по теме диссертационной работы вошли в следующие документы:
- Опытно-методические работы по совершенствованию методов геолого-
геофизических и промысловых исследований в Восточной Сибири и Якут
ской АССР. Отчет по теме 26-2/505, Mb гос. регистрации 790723713.
-М. МИНХ и ГП им. Губкина, 1982.
Проект опытно-промышленных работ на III опытном участке нефтега-зоконденсатной залежи пласта БУ 8-9 Ен-Яхинского месторождения. МИНХ и ПІ им. Губкина, 1986.
Изучение геологического строения Прикаспийской мегасинеклизы с целью выбора оптимальных направлений поисково-разведочных работ и повышения их эффективности. Отчет по теме 20-84. № гос. регистрации 01850079284. -М. МИНГим. Губкина, 1986.
Коррективы проекта разработки месторождения Памук. СредАзНИИГИ-ПРОГАЗ, Ташкент, 1988.
Руководство по исследованию скважин. (Авторы - Гриценко А.И., Алиев З.С., Ермилов О.М., Ремизов В.В., Зотов Г.А.). -М. :Наука. 1995. -523с.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на следующих научных конференциях:
Межреспубликанская студенческая научная конференция "Проблемы комплексного освоения недр". Пермь, 1981.
Требинские чтения "Состояние и пути совершенствования проектирования, разработки и эксплуатации месторождений природного газа". Тюмень, 11-13 декабря 1984.
Всесоюзная конференция "Роль молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны", пос. Красный Курган, 6-8 июня 1989.
Публикапии. По результатам диссертационной работы опубликовано 16 работ, в том числе 8 авторских свидетельств на изобретения и 7 статей без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и заключения, содержит 137 страниц, в том числе 47 рисунков и 5 таблиц, список использованной литературы насчитывает 147 наименований.
Автор признателен своему научному руководителю доктору технических наук, профессору Б.Е. Сомову за помощь и внимание при выполнении данной работы, а также коллективам кафедры разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений ГАНГ им. акад. И.М. Губкина и лаборатории газонефтеконденсатоотдачи ИПНГ РАН и Госкомобразования РФ за полезные консультации и обсуждение результатов исследований.
