Введение к работе
Актуальность работы. Большинство нефтяных, газоконденсатнонефтяных и газовых залежей, разрабатываемых в настоящее время, подстилаются частично или полностью подошвенными водами, или оконтуриваюгся краевыми водами, или имеет место то и другое одновременно. Рациональная разработка указанных месторождений невозможна без знания особенностей и закономерностей продвижения границ раздела газ-вода и газ-нефть к несовершешгым скважинам.
Конусообразование является, в ряде случаев, основной причиной обводнения или загазовывания нефтяных скважин, пробуренных в относительно литологиче-ски однородных пластах. Преждевремешюе обводнение или загазовывание скважин, незнание закономерностей и причин этого явления ведет к ухудшению показателей разработки, к потерям большой доли извлекаемых запасов нефти и , таким образом, к снижению нефтеотдачи пласта, увеличению сроков разработки и, в конечном итоге, к большим материальным затратам на извлечение нефти из пласта. Отсюда, тщательное изучение процессов продвижения подошвеїшьіх вод и верхнего газа, сложного явления деформации поверхности раздела фаз в пористой среде (коїгусообразования), особешюстей и закономерностей обводнения пластов и ікважгаї, совместного притока жидкостей к забою скважшгы, изучение природных факторов и обосноваїше эффективных способов ограничения притоков газа и воды, способствующих увеличению безводного и безгазового периодов эксплуатации и улучшению технико-экономичесюгх показателей разработки залежей является одной го основных проблем осуществления рациональной разработки месторождения и увеличения нефтеотдачи на современном этапе.
Цель работы. Разработка эффективной методологии ограничения прежде-іремеїшого прорыва подошвенной воды и верхнего газа в нефтяной пласт оторочку) с гидродинамических позиций, обеспечивающей достаточно длитель-гые безводно -безгазовые периоды работы скважин и экономически рентабельную юлноту извлечения углеводородов.
Основные задачи исследования.
1. Совершенствование моделирования процессов статического конусообразо-
іания при разработке нефтегазовых залежей и нефтяных оторочек газоконденсат- ч|
юнефтяных месторождений с подошвенной водой.
2.Совершенствование моделирования процессов динамического конусообра-ования при разработке водонефтяных и газонефтяных зон сложнопостроенных іесторождешій.
3.Обоснование эффективных гидродинамических способов ограничения при-оков подошвенной воды и верхнего газа к несовершешшм скважинам, базирующиеся на идее изменения направлений линий тока при дренировании нефтяного їласта (оторочки) нефтегазовой залежи.
4.Обосноваїше оптимальных технологических режимов работы нссовершен-їьіх скважин, дренирующих нефтегазовые залежи с подошвенной водой.
5.Экономическая оценка некоторых способов ограничения и предупреждения преждевременного обводнения и загазовывания скважин.
Методы решения задач. При решении поставлешшх задач использованы теория статического и динамического конусообразовашш при разработке нефтяных залежей с подошвенной водой и методы прикладной математики с широким применением разработанных алгоритмов и компьютерных программ. Решение задач осуществлялось на базе фактических исходных данных по Лянторскому и Уренгойскому месторождениям.
Научная новизна.
1 .Разработана уточненная методика расчета процесса статического конусооб-разования (предельные дебигы и депрессии; ординаты вершин конусов, уравнение границы раздела), основанная на двухзонной схеме притока нефти к несовершенной скважине, дренирующей нефтегазовую залежь (нефтяігую оторочку) с подошвенной водой, и учитывающая анизотропию пласта. Предложен и реализован алгоритм и компьютерная программа расчета безразмерных предельных одновременно безводных и без газовых дебитов в широком диапазоне параметров а,-В и р. Результаты расчета затабулированы.
2.Получены аналитические решения для расчета времени прорыва нефти из оторочки к забою газовой скважины и газа из газовой шапки к забою несовершенной скважины, дренирующей нефтяной пласт. Разработана уточненная методика расчета безводного и безгазового периодов эксплуатации несовершенной скважины и нефтеотдачи при опережающей разработке нефтяного пласта (оторочки) нефтегазовой залежи с подошвенной водой, учитывающая различия в плотностях и вязкостях жидкостей, анизотропию пласта и фазовые проницаемости. Разработан алгоритм и компьютерная программа расчета
3.Разработана методика приближенного прогнозирования продвижения гра
ницы раздела вода-нефть и нефтеотдачи за безводный период и при полном об
воднении по удельному объему дренирования. Разработана уточненная методика
расчета совместного притока нефти и воды, нефти и газа к несовершешюй сква
жине, учитывающая неполноту вытеснения, анизотропию пласта, различие в вяз-
костях и плотностях жидкостей.
}f 4.Разработай алгоритм и компьютерная программа для приближенного расче-
та следующих показателей: времени безводного периода работы несовершешюй скважины; радиуса зоны пространственного притока; профилей границ раздела в зависимости от относительного вскрытия и анизотропии пласта за безводный период и на моменг полного обводнения скважины в удельном объеме дренирования; радиуса зоны пространственного притока на момент полного обводнения. Произведены расчеты в широком диапазоне исходных безразмерных параметров, результаты затабулированы и представлены графически.
5.Разработана методика ограничения преждевременного прорыва подошвенной воды и верхнего газа, в основу которой положен выбор оптимальной величи-
ны интервала вскрытия нефтяного пласта (оторочки) и его положения относительно ГНК и ВНК. Основными параметрами, определяющими рациональный интервал вскрытия являются соотношение разности плотностей жидкостей и параметр размещения скважин.
6.Разработана модель жесткого непроницаемого экрана, ограїшчивающего прорыв подошвеїгаой воды и верхнего газа к забою скважины, учитывающая: добавочные фильтрационные сопротивления, обусловленные несовершенством скважины; фазовые проницаемости, различия в вязкостях и плотностях жидкостей; анизотропию пласта и позволяющая прогнозировать продолжительность безводного и безгазового периодов в зависимости от исходных физико-технологических параметров пласта и жидкостей, а также рассчитывать оптимальное местоположение экрана и его размер.
7.Разработана методика расчета предельных безводных и безгазовых дебитов, обусловленных наличием экрана. Значения предельных дебитов рассчитаны на ЭВМ и затабулированы в широком диапазоне исходных безразмерных параметров.
8.На основе теорій напорного совместного притока нефти и воды по двух-зонной схеме и метода суперпозиции потока фаз разработана методика ограничения поступления подошвенной воды в скважину, дренирующую нефтяную оторочку нефтегазовой залежи способом обратного конуса в условиях наличия продуктивного пласта малой толщины при создаїпга непроницаемого экрана в водоносном пласте. Предложены формулы для расчета продолжительности водного периода, дебита скважины по воде и водонефтяного фактора при совместном притоке нефти и воды за период достижения вершиной конуса плоскости экрана и формула дебита скважины за безводный период.
9.Разработана методика определения оптимального местоположеїшя горизонтальной скважины и вертикальной третшшы направленного ГРП при дренировании нефтяного пласта (оторочки) нефтегазовой залежи с подошвенной водой.
КШроведено экономическое обоснование основных способов, направленных на предупреждение преждевременного прорыва подошвенной воды и верхнего газа в скважины и сделан анализ чувствительности экономических показателей к влиянию наиболее вероятных факторов.
Основные защищаемые положения.
1. Уточненная методика расчета процесса статического конусообразования, основанная на двухзонной схеме притока нефти к несовершенной скважине, дре-нирующей продуктивный нефтенасыщенный пласт с подошвенной водой, вносящая определенный вклад в развитие теории устойчивых конусов Маскета-Чарного, алгоритм и компьютерная программа расчета безразмерных предельных одновре-иенно безводных и безгазовых дебитов и депрессий в широком диапазоне исход-шх параметров.
2.Методігка приближенного прогнозирования продвижения границы раздела юда-иефть и нефтеотдачи за безводный период и при полном обводнении по 'дельному объему дренирования; алгоритм и компьютерная программа для расче-
та времени безводного периода работы несовершенной скважины; радиуса зоны простршіствешіого притока; профилей границ раздела за безводный период и на момент полного обводнения.
3.Уточненная методика расчета безводного и безгазового периодов эксплуатации несовершенной скважины и нефтеотдачи при опережающей разработке нефтяного пласта (оторочки) нефтегазовой залежи с подошвенной водой и уточненная методика расчета совместного притока нефти и воды, учитывающие анизотропию пласта, фазовые проницаемости, різличие в вязкостях и плотностях жидкостей, алгоритм и компьютерная программа.
4.Способы ограничеїшя преждевременного прорыва подошвенной воды и верхнего газа в скважину, рассмотренные с гидродинамических и экономических позиций и основанные на идее изменения направлений линий тока при дренировании нефтяного пласта (выбор величины интервала вскрытия нефтяного пласта и его положения относительно ВНК и ГНК; создание жесткого непроницаемого экрана; создание жидкостного динамического экрана; создание обратного конуса нефти при дренировании нефтяной оторочки малой толщины и др.).
5.Методшш определения оптимального местоположения горизонтальной скважины и вертикальной трещины в нефтяном пласте относительно первоначальных ГНК и ВНК, обусловливающего предупреждение преждевременного прорыва верхнего газа и подошвешюй воды; методика расчета предельных одновременно безводных и безгазовых дебетов горизонтальных скважин. Сравнение экономических характеристик вертикальной и горизонтальной скважин.
Теоретическая и практическая ценность работы.
Более строгий подход к решению гидродинамических задач, использующий двух и трехзонные схемы притока и учитывающий анизотропию пласта, вязкости и плотности вытесняющей и вытесняемой жидкостей, а также капиллярный скачок на фронте вытеснения, вносит существенный вклад в развитие теории статического и динамического конусообразования и совместного притока жидкостей.
Все сложные аналитические решения л функции запрограммированы, результаты расчетов затабулированы и доведены до пракгического инженерного применения, чго широко освещено в Приложении к диссертации и в центральной печати. Разработаны научно-методическое руководство «Способы ограничения притоков подошвенной воды и верхнего газа к несовершенным скважинам, дренирующим нефтенасыщенный пласт (нефтяную оторочку) нефтегазовой залежи» и учебное пособие «Моделирование процессов статического и динамического конусообразования в нефтегазовых и газоконденсатнонефтяных залежах».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» Тюменского государственного нефтегазового университета, на методическом Совете нефтегазопромыслового факультета, на международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, і 996г.)
и на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 85-летию В.И.Муравленко (Тюмень, 1997 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит го введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников, включающего 167 наименований и приложения. Работа изложена на 296 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунков и 29 таблиц.
Автор благодарит профессора А.П.Телкова за научное руководство, а также выражает признательность за ценные советы и рекомендации по улучшению содержания диссертации зав. кафедрой РЭНГМ профессору Р.И.Медведскому, доценту Ю.А.Медведеву, профессору И.Г.Тетереву, доценту Л.И.Чирикову, профессору Н.Л.Шешукову, доценту К.С.Юсупову, другим сотрудникам кафедры РЭНГМ, профессору Р.Я.Кучумову.
