Содержание к диссертации
Введение
1. Текущее состояние экспериментальных, промысловых и аналитических исследований в области применения горизонтальных скважин и ГРП
2. Исследование притока жидкости к скважине с трещиной грп, эксплуатирующей анизотропную по проницаемости круговую залежь
2.1. Дебит вертикальной дрены в однородном круговом пласте 22
2.2. Исследование возмущений потенциала скорости при моделировании скважины дреной 26
2.3. Анализ возмущений градиента потенциала скорости при моделировании скважины дреной 30
2.4. Моделирование несовершенной по характеру вскрытия скважины дреной 31
2.5. Моделирование дреной фильтрации жидкости к скважине в круговом однородно-анизотропном пласте 34
2.5.1. Дебит скважины в круговом пласте с горизонтальной анизотропией 34
2.5.2. Определение ширины равно дебитной дрены, моделирующей приток жидкости к скважине в круговом пласте с горизонтальной анизотропией 40
2.6. Приток жидкости к вертикальной трещине гидроразрыва в анизотропном по проницаемости пласте 42
2.7. Стимулирование притока жидкости к вертикальной скважине щелевой гидропескоструйной перфорацией 47
Выводы к разделу 2 48
3. Приток жидкости к горизонтальной скважине и трещине ГРП в полосообразном анизотропном пласте
3.1. Дебит горизонтальной скважины в вертикально-анизотропном пласте конечной мощности
3.2. Исследование возмущений потенциала скорости при интерпретации горизонтальной скважины как совершенной галереи 62
3.3. Дебит вертикальной дрены 65
3.4. Дебит горизонтальной дрены 67
3.5. Сравнительная эффективность эксплуатации пластов вертикальными и горизонтальными скважинами 71
3.6. Дебит вертикальной трещины ГРП в анизотропном полосообразном пласте 75
3.7. Дебит горизонтальной скважины с трещинами ГРП, расположенной в анизотропном по вертикали полосообразном пласте 76
Выводы к разделу 3 84
4. Работа горизонтальных скважин в вертикально-анизотропных нефтяных пластах с подошвенной водой и газовой шапкой
4.1. Предельный безводный дебит горизонтальной скважины в пласте с подошвенной водой 85
4.2. Предельный безгазовый дебит горизонтальной скважины в пласте с газовой шапкой 92
4.3. Об оптимальном положении горизонтальной скважины, обеспечивающем максимальный дебит в пласте с подошвенной водой и газовой шапкой 98
Выводы к разделу 4 100
5. Продвижение фронта вытесняющего агента от контура питания к горизонтальной скважине или трещине ГРП. Показатели работы скважин в безводный и водный периоды
5.1.0 стягивании контура нефтеносности кругового пласта, вскрытого вертикальной плоской дреной 101
5.1.1. Поле потенциала скорости, линий тока и скоростей фильтрации 103
5.1.2. Продвижение фронта вытесняющего флюида от контура питания 104
5.2. Продвижение фронта воды от контура питания к горизонтальной скважине в олосообразном пласте 111
5.2.1. Поле потенциала скорости и линий тока 116
5.2.2. Поле скоростей фильтрации 119
5.2.3. Продвижение фронта вытесняющего флюида от контура питания 121
Выводы к разделу 5 126
6. Основные выводы и рекомендации
7. Литература
- Исследование возмущений потенциала скорости при моделировании скважины дреной
- Приток жидкости к вертикальной трещине гидроразрыва в анизотропном по проницаемости пласте
- Исследование возмущений потенциала скорости при интерпретации горизонтальной скважины как совершенной галереи
- Предельный безгазовый дебит горизонтальной скважины в пласте с газовой шапкой
Введение к работе
з ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы работы. Крупнейшие месторождения России,
долгое время обеспечивающие необходимые уровни добычи нефти, вступают в завершающую стадию разработки. В то же время для обеспечения обновления и ожидаемого роста промышленного потенциала нашей страны необходимо не только поддержать добычу на достигнутом уровне, но и добиться существенного увеличения этого показателя. Предпосылки для этого есть, поскольку страна обладает достаточно большими разведанными запасами нефти. Однако большая часть этих запасов содержится в залежах, характеризующихся сложным геологическим строением, ухудшенными филырационно-емкостными свойствами, наличием подошвенной воды и газовых шапок.
Рентабельная эксплуатация таких месторождений с достижением высокого значения коэффициента нефтеизвлечения не может быть обеспечена обычными технологиями строительства скважин и требует массированного применения гидроразрыва пласта и горизонтальных скважин.
В связи с высокой стоимостью строительства горизонтальных скважин и скважин, стимулированных ГРП, существенно повышается значение этапа проектирования (и связанного с ней моделирования) систем разработки с их использованием. При моделировании процессов разработки невозможно ограничиться только применением стандартных пакетов программ (типа "Eclipse", "VIP", "Tempest-More"), осуществляющих численное решение уравнений фильтрации.
Дело в том, что при исследовании существенно трехмерных течений в анизотропных объектах, вообще говоря, существует бесконечное число вариантов разработки данного объекта, характеризующихся различными схемами размещения добывающих и нагнетательных, как вертикальных, так и горизонтальных скважин с переменными pary^nfffflflFMH MSiS/ТУ скважинами.
I rtrr цшимйщцД.
длинами горизонтальных стволов и тріщинкЦЦ^^ЙИОРР"~Фиемлемого
варианта разработки требует проведения большого числа повторных многочасовых расчетов, так же, как и подбор оптимального направления и длины горизонтальных скважин и трещин гидроразрыва. В полной мере с использованием только численных моделей, без знания аналитических зависимостей, дающих представление о степени влияния каждого из параметров данной системы разработки на уровни добычи нефти, эту программу исследований провести невозможно из-за временных ограничений.
Оптимальной является двухступенчатая процедура моделирования, когда на первой стадии с помощью аналитических моделей проводятся предварительные расчеты, позволяющие резко сократить область поиска (т.е. найти первые приближения к оптимальным значениям фильтрационных и технологических параметров) и сделать предварительную компоновку вариантов с тем, чтобы на второй ступени с помощью численных гидродинамических расчетов уточнить значения фильтрационных характеристик и сделать окончательный выбор наилучшего варианта. Таким образом, разработка аналитических методов расчета остается одной из актуальнейших задач подземной гидродинамики.
Отметим, что использование, наряду с численными, аналитических методов полностью соответствует принципу целостности, согласно которому при описании сложных систем нельзя ограничиваться одним классом моделей, а требуется привлечь целую иерархию моделей различной сложности.
Необходимость аналитического учета различия физических свойств коллектора по направлениям подтверждена практическим опытом разработки месторождений, с другой стороны, развивающиеся методы численного моделирования процессов фильтрации также используют и тестируют на упрощенных аналитических решениях, делая их постоянно актуальными.
Однако все известные на сегодня аналитические решения задач о притоке жидкости к ГС трещинам ГРП выведены для ряда частных случаев
5 и нередко получены, исходя из довольно спорных допущений и упрощений, касающихся формы контура питания, ФЕС пласта, положения ГС относительно внешних границ пласта и его кровли и подошвы, условий на границе пласта и на скважине. Поэтому, несмотря на значительный объем публикаций, посвященных вопросам применения данных технологий в различных геолого-физических условиях, вопросы, связанные с их рациональным применением, являются, тем не менее, недостаточно изученными.
Цель диссертационной работы - уточнение, развитие и разработка новых аналитических методов оценки производительности и определения закономерностей обводнения залежей, эксплуатирующихся с применением горизонтальных скважин и скважин, стимулированных гидроразрывом пласта в коллекторах, анизотропных по вертикали и простиранию пласта; выработка практических рекомендаций, позволяющих максимально использовать преимущества данных технологий разработки месторождений.
Основные задачи исследования
-
Анализ текущего состояния теоретических, экспериментальных и промысловых исследований применения горизонтальных скважин и гидроразрыва пласта при разработке нефтяных месторождений.
-
Поиск рациональных методов схематизации областей фильтрации горизонтальных скважин и скважин с трещинами ГРП в условиях анизотропных по проницаемости пластов.
-
Аналитическая оценка влияния ФЕС анизотропного коллектора и геометрии расположения горизонтальных и вертикальных скважин с трещинами ГРП относительно контура питания, кровли и подошвы пласта на их производительность.
-
Исследование процесса конусообразования при эксплуатации горизонтальными скважинами вертикально-анизотропных по проницаемости пластов с подошвенной водой и газовой шапкой.
-
Изучение процессов продвижения фронта воды и обводнения продукции
при эксплуатации анизотропных по проницаемости залежей одиночной горизонтальной либо вертикальной скважиной с трещиной гидроразрыва. Методы исследований
При поиске аналитических решений поставленных в диссертационной работе задач теории фильтрации использовались методы теории функции комплексного переменного. Сравнение аналитически полученных результатов с результатами численного моделирования выполнено с использованием апробированного мировой практикой трехмерного гидродинамического симулятора "Эклипс-100" компании "Schlumberger". На защиту выносятся: решения задач о фильтрации жидкости к одиночным горизонтальным скважинам и скважинам с трещинами ГРП;
результаты исследования влияния ряда геолого-технологических факторов на производительность горизонтальной скважины;
решения задач о режимах безводной и (или) безгазовой эксплуатации ГС;
решения задач о продвижении фронта законтурной воды и динамике
обводнения в вертикально-анизотропных залежах куполообразной и
полосообразной формы, эксплуатируемых горизонтальной скважиной или
скважиной с трещиной ГРП.
Научная новизна заключается в следующем:
1. С помощью предложенного метода замены горизонтальной скважины
плоской дреной, эквивалентной ей по производительности и ПОЛЮ
потенциала скорости, получены аналитические решения задач фильтрации в
системах разработки с применением горизонтальных скважин.
-
Получены аналитические зависимости влияния ФЕС анизотропного пласта и геометрии расположения ГС на ее производительность. Определены особенности влияния положения ГС относительно контура питания, кровли, подошвы, анизотропии пласта по проницаемости на дебит скважины.
-
Определены оптимальные параметры и густота выполнения поперечных искусственных трещин ГРП на горизонтальной скважине, позволяющие
7 получить оптимальную ее производительность в условиях анизотропных по проницаемости коллекторов.
-
Определены стратегия проводки и оптимальные режимы эксплуатации ГС, позволяющие получить максимально возможный безводный и безгазовый дебит в анизотропных пластах с подошвенной водой и (или) газовой шапкой.
-
Получены аналитические формулы, выполнен анализ чувствительности, выделены наиболее значимые параметры среди ФЕС пласта, геометрии залегания пласта и горизонтальной скважины, длины ГС либо вертикальной трещины ГРП, наиболее существенно влияющие на процессы обводнения и нефтеотдачи в куполообразной и полосообразной анизотропных залежах, дренируемых горизонтальной скважиной либо скважиной с трещиной ГРП.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Полученные результаты использованы при анализе работы существующих горизонтальных скважин, а также при создании проектных документов на разработку месторождений ОАО "Юганскнефтегаз".
Использование результатов, полученных в диссертационной работе, позволяет определить область эффективного применения горизонтальных скважин и технологии ГРП. На этапе проектирования месторождения, при выборе и расчете альтернативных вариантов его разработки применение полученных аналитических зависимостей многократно снижает затраты времени и средств.
На основе материалов диссертации разработаны алгоритмы и компьютерная программа, позволяющая проводить сравнительную оценку вариантов размещения одиночных ГС и систем разработки с их использованием при проектировании схем размещения скважин на эксплуатационные объекты. Программа внедрена в проектных институтах НК"ЮКОС".
Апробация работы
Основные результаты исследований, представленные в работе, докладывались:
- на научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических
процессов", Уфа, УГНТУ, 1999г.
научно-практической конференции "Проектирование и разработка нефтяных месторождений", Москва, ЦКР, 1999г.
- научно-практической конференции "Пути реализации нефтегазового
потенциала ХМАО", Ханты-Мансийск, администрация ХМАО, 2000г.
- научно-практической конференции "70 лет башкирской нефти", Уфа,
БашНИПИнефть, 2002г.
технической конференции SPE "Creative Solutions for Maturing Basins and New Frontiers", 2002r.
HTC ЗАО "ЮКОС ЭП", Москва, 1998-2004гт.
- ТКР и ТКЗ ХМАО, Тюмень, 1998, 2001,2003гг.
- ЦКР МИНЭНЕРГО, Москва, 2001 -2004гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 печатных работ, получен один патент РФ. Результаты научных исследований использованы при составлении 4 проектных документов на разработку месторождений.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 226 наименований. Работа содержит 146 страниц машинописного текста, 89 рисунков, 8 таблиц.
Исследование возмущений потенциала скорости при моделировании скважины дреной
Оптимальной является двухступенчатая процедура моделирования, когда на первой стадии с помощью аналитических моделей проводятся предварительные расчеты, позволяющие резко сократить область поиска (т.е. найти первые приближения к оптимальным значениям фильтрационных и технологических параметров) и сделать предварительную компоновку вариантов с тем, чтобы на второй ступени с помощью численных гидродинамических расчетов уточнить значения фильтрационных характеристик и сделать окончательный выбор наилучшего варианта. Таким образом, разработка аналитических методов расчета остается одной из актуальнейших задач подземной гидродинамики.
Отметим, что использование, наряду с численными, аналитических методов полностью соответствует принципу целостности, согласно которому при описании сложных систем нельзя ограничиваться одним классом моделей, а требуется привлечь целую иерархию моделей различной сложности.
В настоящее время производственниками и научными исследователями накоплен огромный статистический материал, основанный на опыте работы горизонтальных скважин на различных месторождениях - в работах [3, 4, 10, 15, 18, 35, 37, 38, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53] отмечен положительный опыт применения ГС на месторождениях Татарстана, Башкортостана, Западной Сибири, Удмуртии, Саратовской, Самарской областей, а также на ряде зарубежных месторождений. Показано, что использование ГС позволило получить 2-7 кратный прирост дебита по сравнению с использованием вертикальных скважин. Выявлено наличие статистической связи между дебитом ГС и такими параметрами, как длина горизонтального ствола скважины, толщина вскрытого интервала, расстояние от горизонтального ствола до ВНЕС Показано, что для успешной эксплуатации ГС длина горизонтального ствола должна быть не менее 250-300м, а расстояние до ВНК - не менее 12-15м. На водоплавающих подгазовых участках залежей Федоровского месторождения безводные и безгазовые депрессии на пласт при эксплуатации ГС не превышают 0.7-1.5 МПа (при этом вертикальные скважины на этих участках с каждой тонной нефти добывают в среднем 1000 м3 газа и более 6 м3 воды).
Общие принципы применения горизонтальных скважин изложены в [45, 51, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64]. Считается целесообразным использование ГС в водоохранных зонах, маломощных коллекторах, в залежах с обширными водоплавающими и подгазовыми зонами, т.е. там, где использование обычных вертикальных и наклонных скважин технологически или экономически невозможно. Всеми авторами отмечается необходимость предварительной хорошей изученности объекта применения ГС, что автоматически означает применение горизонтальных скважин либо в выдержанных достаточно монолитных коллекторах, имеющих высокую степень прогнозируемости своего развития, либо на верхних геологических объектах, строение которых хорошо изучено транзитными скважинами, пробуренными на нижние объекты разработки многопластовых месторождений. Еще одна область применения ГС - карбонатные коллектора, на 80% изученных месторождений имеющие преимущественно сеть вертикальных и субвертикальных трещин [65], и коллекторские свойства которых изменяются во многом случайным образом и малопрогнозируемы независимо от степени разбуренности. В связи с более высокой стоимостью строительства и текущего обслуживания ГС целесообразно применять более редкие по сравнению с вертикальными сетки горизонтальных скважин. Отмечается, что ГС наиболее эффективны по сравнению с ВС в тонких пластах и в пластах с активными подошвенными водами и газовой шапкой. Низкая вертикальная проницаемость снижает эффективность ГС; в пластах с высокой степенью расчлененности при наличии выдержанных непроницаемых прослоев предпочтительнее бурить не горизонтальные, а наклонные скважины, гарантированно пересекающие все пропластки. При строительстве ГС на трещиноватые пласты необходимо обязательно учитывать направление развития сетки данных трещин.
Еще одно из возможных направлений использования ГС - пласты с аномально высоким давлением [66]. Замена на этих объектах вертикальных скважин на горизонтальные улучшает напряженное состояние пород вдоль зоны притока, позволяя на объектах с АВПД не превышать критическое сминающее эксплуатационную колонну давление.
В целом ряде работ дана оценка экономической эффективности применения пробуренных и вновь проектирующихся горизонтальных скважин [4, 15, 35, 37, 43, 50, 61, 67, 68, 69, 70, 71, 72]. Показано снижение стоимости строительства ГС с 7 до 2-2.5 стоимостей соответствующей вертикальной скважины, времени строительства с 6 до 2.5 сроков строительства 1 ВС, связанные с постепенной отработкой технологии и увеличением количества буримых скважин; прогнозируется, на основе статистических материалов [10,48, 64,73], дальнейшее сокращение стоимости строительства ГС в России.
Вопросу установившегося притока жидкости к горизонтальным скважинам посвящен ряд теоретических и экспериментальных работ отечественных и зарубежных исследователей.
Теоретические работы И.А. Чарного [74, 75] и A.M. Пирвердяна [76, 77] посвящены вопросам притока жидкости к ГС бесконечной длины в бесконечных пластах конечной мощности или циллиндрической формы. Сильные физические и математические упрощения, предложенные при решении данной задачи, как отмечается различными исследователями, например [54, 55], существенно занижают величину производительности ГС.
Результатами теоретических исследований, проведенных П.Я. Полубариновой-Кочиной [78] можно пользоваться при залегании ГС в кровле пласта бесконечной мощности, что малоприменимо в подавляющем большинстве случаев пластово-сводовых залежей.
Задача об установившемся притоке жидкости к горизонтальным скважинам решалась также экспериментально - наибольший интерес представляет работа В.И. Щурова [79], которая проводилась на электролитической модели. В формулу Дюпюи вводилось дополнительное слагаемое С, которое характеризовало величину гидродинамического совершенства вертикальной или горизонтальной скважины. Полученные экспериментальным пут.ем результаты были сведены в графики и таблицы -строгой аналитической зависимости получить не удалось. Основной недостаток использования работы [79] заключается в сложности пользования полученными результатами - для каждого конкретного случая необходимо иметь свою таблицу или серию графиков.
Приток жидкости к вертикальной трещине гидроразрыва в анизотропном по проницаемости пласте
Щелевая гидропескоструйная перфорация (ЩГПП) в значительных объемах применяется, в частности, на месторождениях ОАО "Юганскнефтегаз" и "Самаранефтегаз" НК "ЮКОС" с целью увеличения производительности малодебитного добывающего фонда объединения. Технология заключается в создании пары разнонаправленных вертикальных щелей, вскрывающих эксплуатационную колонну и продуктивные интервалы в заколонном пространстве скважины, с использованием стандартного оборудования для пескоструйной перфорации.
По результатам стендовых и промысловых испытаний технологии раскрытие создаваемой щели составляет несколько сантиметров, а ее протяженность в каждом направлении колеблется от 0.8 до 1.1 м для разных типов коллекторов в зависимости, в первую очередь, от их устойчивости к разрушению. Как показывают результаты внедрения, такое стимулирование притока более чем на порядок позволяет увеличить производительность у 80% добывающих скважин, подвергающихся воздействию.
С учетом вышеизложенного, приняв приток к собственно стволу скважины несоизмеримым с притоком к созданной щели при ЩГПП, ограничимся исследованием фильтрации жидкости только к щели, создаваемой при данном воздействии.
Значительное поперечное раскрытие щели позволяет считать ее идеальной, и забойное давление вдоль стенок трещины - постоянным.
При очевидной интерпретации вертикальной щели, создаваемой при ЩГПП, как вертикальной дрены, лежащей в центре однородного кругового пласта, для нее справедливы выводы п.2.1. Дебит такой щели, имеющей размер L/RK 0.05, где L -полуширина щели, с ошибкой менее 0.01% описывается упрощенной формулой (2.12).
На рис. 2.21 показан прирост дебита щели ЩГПП по отношению к дебиту вертикальной совершенной скважины в зависимости от роста полудлины щели L. Из графика следует, что в добывающих совершенных скважинах само по себе создание вертикальной щели размером в 1-2.5 метра не способно обеспечить сколь-нибудь существенный прирост производительности скважины.
Значительное увеличение дебита скважины при воздействии ЩГПП, отмеченное по промысловым данным, возможно, в таком случае, лишь на скважинах со значительным загрязнением призабойной зоны, возникающем в процессе вскрытия пласта, а также при текущих и капитальных ремонтах, сопровождаемых глушением скважины; ЩГПП не может быть универсальным методом стимулирования притока на всем добывающем фонде объединения и при принятии решения о проведении воздействия, очевидно, требует наличия данных, свидетельствующих о существовании стойкого существенного загрязнения призабойной зоны скважины. 1. В целом ряде задач с достаточной для практических целей точностью можно моделировать вертикальную скважину радиуса гс, эксплуатирующую круговой пласт, вертикальной же дреной шириной 2г (1+% ), где %- коэффициент анизотропии пласта по простиранию. 2. Для случая изотропного по проницаемости пласта при расчетах возможно моделировать скважину дреной, ширина которой равна двум диаметрам скважины. При этом погрешность в определении дебита равна нулю. 3. При такой замене скважины дреной сколь-либо заметное изменение потенциала скорости (до 1%) не выходит за пределы, ограниченные 10-ю радиусами гс вертикальной скважины. 4. При отсутствии значительного загрязнения призабойной зоны в добывающих скважинах создание трещины ГРП размером в 3-8 метров обеспечивает не более чем полутора 49 двухкратный прирост дебита скважины; дальнейший рост длины трещины на производительность скважины, стимулированной гидроразрывом, влияет мало. 5. Учет направления максимальной проницаемости пласта может обеспечить кратный прирост производительности скважины при стимулировании ее ГРП. Другим, помимо рассмотренного в предыдущей главе варианта размещения одиночной ГС или вертикальной скважины с трещиной ГРП на залежи с круговым контуром питания, случаем является сильно вытянутая в одном из направлений лластово-сводовая залежь, которую для практических целей можно интерпретировать как полосообразную залежь с двухсторонним контуром питания. Такая модель позволяет изучить особенности вертикальной фильтрации жидкости в призабойной зоне ГС, получить влияние различных параметров пласта и размещения ГС на степень отличия горизонтальной скважины от совершенной галереи. Для частного случая изотропных полосообразных пластов такая задача ранее рассматривалась в [102, 103, 116]; решение для случая анизотропных пластов нам неизвестно.
Исследование возмущений потенциала скорости при интерпретации горизонтальной скважины как совершенной галереи
На рис. 3.22 приведены графики относительного прироста дебита горизонтальной скважины с созданной на ней системой поперечных трещин ГРП по сравнению с горизонтальной скважиной с системой продольных трещин гидроразрыва при различных соотношениях расстояния S между соседними трещинами и расстояния L до контура питания. За приведенную длину трещины ГРП принято отношение длины трещины гидроразрыва к расстоянию L до контура питания. Дебит такой системы, оцениваемый по муле (3.74) или рис. 3.22, отличается от истинного дебита на величину ошибки, вносимой при замене горизонтальной скважины галереей. Величина такой ошибки, как было показано выше, при выполнении условия %h/L 0.05, где % - анизотропия пласта по проницаемости в вертикальном и горизонтальном направлениях, h - мощность пласта, L -расстояние до контура питания, вполне приемлема для практических расчетов. Из рис. 3.22 следует: - при создании систем разработки продуктивного объекта горизонтальными скважинами с применением ГРП учет направления минимального горизонтального напряжения породы пласта весьма желателен. - симметрично расположенная горизонтальная скважина имеет весьма значительную площадь дренирования пласта; проведение дополнительных мероприятий по интенсификации притока методом ГРП будет иметь смысл только при высокой плотности гидроразрывов (или, иначе, густоты сети искусственных трещин) вдоль ствола скважины -не реже, чем через 100 м. - гидроразрыв должен быть глубокопроникающим, для получения значимого прироста дебита длина трещины должна составлять не менее 25% от расстояния до контура питания, при этом в большинстве случаев опасность преждевременного обводнения скважины, возможно, возрастет весьма значительно. - отмечаемая в [141] высокая технологическая эффективность гидроразрыва в горизонтальных скважинах с учетом вышеизложенного связана, очевидно, не со стимуляцией притока жидкости к скважине, а с подключением в работу ранее недренируемых тупиковых зон, линзовидных и выклинивающихся участков продуктивного коллектора, т.е поинтервальный ГРП в горизонтальных скважинах можно рассматривать как технологию, направленную на увеличение нефтеотдачи, преимущества которой, в первую очередь, могут быть реализованы на зонально неоднородных эксплуатационных объектах с высокой степенью прерывистости коллектора. В абсолютном большинстве реализованных или планируемых к реализации систем разработки с применением горизонтальных скважин расстояние L до естественного контура питания или соседних нагнетательных скважин превышает 400 м. Примером добычи продукции с использованием горизонтальных скважин с системой поперечных трещин ГРП являются блоковые и полосообразные песчаные и меловые залежи на шельфе Дании [141], на горизонтальных скважинах которых специализированными компаниями NAM и Maersk последовательно вдоль ствола создавалось от 2 до 10 трещин гидроразрыва с объемами закачки проппанта в каждую 100-450 т, т.е. существующие трещины значительны по мощности и простиранию. Расстояние S между соседними трещинами не более 100-150 м. При значениях S/2L 0.3, что будет соблюдаться в большинстве случаев, к = 1/а мало, и с точностью до малых слагаемых следующих порядков из (3.67) получим упрощенную формулу оценки дебита 1. В целом ряде задач с достаточной для практических целей точностью можно моделировать горизонтальную скважину радиуса гс вертикальной дреной шириной s = rc (і +1 / х) , где х - коэффициент анизотропии пласта по простиранию. 2. Радиус ствола горизонтальной скважины оказывает еще меньшее влияние на объем притока жидкости к ней, чем радиус вертикальной скважины на ее дебит. 3. При дренировании горизонтальной скважиной тонких пластов с удаленным контуром питания ее дебит практически равен дебиту галереи; 4. При смещении горизонтального ствола до 50% от расстояния между горизонтальной осью симметрии пласта и его кровлей (подошвой) существенного снижения дебита системы не наблюдается; ошибки в проводке горизонтального ствола, результатом которых является его значительное приближение к кровле (подошве) продуктивного пласта, при высокой вертикальной анизотропии по проницаемости могут приводить к значительному, до 30% снижению продуктивности горизонтальной скважины. 5. Относительная погрешность в распределении потенциала скорости при замене горизонтальной скважины галереей, независимо от расположения ГС относительно кровли (подошвы) пласта в подавляющем большинстве реально встречающихся случаев не превысит 5% за пределами призабойной зоны, ограниченной полутора толщинами пласта. 6. Полученные результаты позволяют с высокой степенью точности интерпретировать приток жидкости к горизонтальной скважине за пределами ее призабойной зоны как плоскопараллельную фильтрацию жидкости к галерее. Искривление линий тока в вертикальной плоскости происходит на длине до двух толщин пласта от продольной оси горизонтального ствола. 7. При применении ГРП на ГС с незагрязненной ПЗП учет возможного азимута развития трещин способен кратно изменить производительность создаваемой системы; при этом густота сетки трещин ГРП вдоль ствола скважины должна быть не реже, чем через 100 м, а гидроразрыв должен быть глубокопроникающим, т.е. длина трещины должна составлять не менее 25% от расстояния до контура питания.
Еще одно важное направление применение горизонтальных скважин - их использование в водоплавающих и подгазовых зонах тех месторождений, на которых применение обычных вертикальных скважин затруднено, либо вообще невозможно. Отметим, что 14% скважин в США и около 40% ГС Канады пробурены в различных формациях на водоплавающих и подгазовых залежах для предотвращения образования конусов воды и газа [5]. Аналогичный масштабный опыт применения ГС для борьбы с водяным и газовым конусо-образованием в России накоплен на Федоровском месторождении [39,43, 129].
Известны теоретические работы, посвященные проблемам конусообразования в вертикальных скважинах [158, 159]. В силу очевидных различий в характере течения жидкости, распределении поля давлений в ПЗП вертикальной и горизонтальной скважины результаты этих работ не применимы для исследования процессов конусообразования в ГС. Известные в научной литературе оценки технологических режимов эксплуатации горизонтальных скважин (ГС) с безводными и безгазовыми дебитами выполнены при условии представления горизонтальной скважины точечным стоком либо щелью [158], что ограничивает применимость полученных результатов и, ввиду важности для задач конусообразования точного распределения давления именно в призабойной зоне скважины, диктует необходимость получения точных аналитических решений. Теоретических исследований, посвященных работе ГС как скважины конечного диаметра в водоплавающих и подгазовых зонах месторождений, нет.
Предельный безгазовый дебит горизонтальной скважины в пласте с газовой шапкой
Влияние геометрических размеров пласта, коэффициента вертикальной анизотропии пласта по проницаемости, расположения горизонтального ствола относительно ГНК на высоту газового конуса и относительный предельный безгазовый дебит абсолютно идентично полученному выше для водоплавающих пластов.
Из приведенных зависимостей следует, высота газо-нефтяного конуса - величина достаточно постоянная в широком диапазоне реально существующих L и %. На высоту установившегося конуса и величину предельного безгазового дебита горизонтальной скважины наиболее весомое влияние оказывает расположение горизонтального ствола относительно подошвы и ГНК пласта. Снижение проводимости пласта в вертикальном направлении влияет на высоту конуса незначительно, поэтому при росте коэффициента вертикальной анизотропии пласта по проницаемости с 1 до 10 в ряде случаев величина предельного безгазового дебита сокращается на 20-30%.
Из сказанного следует, что при разработке объектов с газовой шапкой горизонтальными скважинами при прочих равных условиях наиболее производительными будут являться пласты с низким коэффициентом вертикальной анизотропии коллектора с размещением горизонтального ствола вблизи подошвы объекта. При этом в диапазоне реально существующих фильтрационно-емкостных свойств продуктивных однородно-анизотропных коллекторов и сеток размещения скважин депрессии, обеспечивающие безгазовый режим эксплуатации скважин, в абсолютном большинстве случаев не превышают 1 МПа, а безгазовый дебит лежит в пределах от нуля до десятых долей тонн нефти в сутки сім длины горизонтального участка скважины.
Выводы, сделанные в данном параграфе, подтверждаются практическими результатами, полученными при эксплуатации подгазовых зон залежи объекта АС4-8 Федоровского месторождения [39, 43, 129]. Опытным путем в процессе бурения и эксплуатации более чем скважины на ее предельный относительный безгазовый дебит двух сотен ГС на объекте выделен интервал наиболее целесообразной проводки горизонтального ствола - 0.65-0.85 нефтенасыщенной мощности от ГНК (несмотря на то, что с приближением к подошве пласта предельный безгазовый дебит растет, растет и вероятность частичного выхода ствола за пределы продуктивного интервала, снижающего дебит скважины - этим и объясняется наличие второго предела закладки горизонтального ствола). Фактические рабочие депрессии - 0.7-1 МПа - соответствуют расчетным, полученным в данном параграфе. Численными методами в работе [131] в задаче о предельной безгазовой производительности ГС, размещенной в подгазовой зоне некоторого фиктивного эксплуатационного объекта, получены аналогичные результатам данного параграфа величины предельных начальных безгазовых дебитов - несколько кубометров нефти с 1 метра продуктивной длины Как показывает анализ выражения (4.19), наибольшее влияние на величину a/h оказывает, и это вполне естественно, соотношение между плотностями нефти, газа и воды в пластовых условиях Авнг = \рв - рн ]/[рн - рг ]. Зависимость а = а(Двнг) для условий L = 200 м, % = Ъ, Ь=10м представлена на рис. 4.12. Сплошной линией на графике вьщелен диапазон изменения Авнг для месторождений Западной Сибири. Влияние на оптимальное положение ГС других параметров, входящих в формулу (4.19), в диапазоне изменения их реальных величин незначительно. Так, трехкратное (до 600 м) увеличение расстояния до контура питания L при Авнг є [о.3,2.5]изменяет величину не более чем на 0.9 %, трехкратное уменьшение % (до единицы) или трехкратный рост X (до 9) изменяет величину a/h не более чем на 2 и 2.5 % соответственно. Выводы, сделанные в данном параграфе, подтверждаются практическими результатами, полученными при эксплуатации водогазонефтяной залежи объекта АС4-8 Федоровского месторождения [43, 44, 129]. Опытным путем в процессе бурения и эксплуатации более чем двух сотен ГС на объекте выделен интервал наиболее целесообразной проводки горизонтального ствола - 0.5-0.6 нефтенасыщенной мощности между ВНК и ГНК. 1. На высоту установившегося конуса и величину предельного безводного (безгазового) дебита ГС наиболее весомое влияние оказывает расположение ГС относительно ВНК (ГНК) пласта. 2. Низкая проницаемость коллектора в вертикальном направлении влияет на высоту водяного (газового) конуса незначительно 3. При разработке водоплавающих и подгазовых объектов горизонтальными скважинами при прочих равных условиях наиболее производительными будут являться пласты с низким коэффициентом вертикальной анизотропии коллектора с размещением горизонтального ствола непосредственно вблизи кровли и подошвы объекта соответственно. 4. Депрессии, обеспечивающие безводный (безгазовый) режим эксплуатации скважин, не превышают нескольких атмосфер, а безводный (безгазовый) дебит не превышает десятых долей тонн нефти в сутки сім горизонтального ствола скважины. 5. В водо-газо-нефтяных зонах для условий коллекторов и пластовых флюидов Сургутского свода Западной Сибири оптимальное положение ГС составит 30-45% от ГНК и, соответственно, 55-70% от ВНК пласта 6. Низкая вертикальная проводимость коллектора в вертикальном направлении, увеличивая величину безводной депрессии, не увеличивает безводный дебит ГС, поскольку рост величины анизотропии проницаемости приводит к сокращению дебита скважины, т.е. предельные безводные дебиты ГС в высоко- и слабоанизотропных пластах отличаются друг от друга на проценты.
