Введение к работе
Актуальность тематики работы. Развитие современных теории и практики разработки месторождений нефти и газа невозможно в отрыве от сопредельных дисциплин нефтегазовой науки - физики пласта и петрофизики, методологии проведения и интерпретации результатов геофизических исследований скважин (ГИС), подсчёта запасов нефти и газа, 3D геологического и гидродинамического моделирования, методов гидродинамического исследования скважин и интерпретации получаемых данных и др.
Сказанное отражает важную роль системного взаимодействия отдельных научных дисциплин для повышения достоверности прогнозирования процессов разработки и обоснования эффективных технологических решений. Поэтому выявление и устранение несогласованностей в методологии отдельных нефтегазовых дисциплин, приводящих к недостоверным или некорректным результатам, является актуальной задачей для теории и практики разработки месторождений природных углеводородов.
Проблемы нарушения конструктивного взаимодействия специалистов сопредельных исследовательских направлений проявились наиболее явно в методологии 3D компьютерного моделирования. В нашей стране его повсеместное внедрение началось с 2000 г. согласно решению Центральной комиссии по разработке нефтяных и газовых месторождений (ЦКР Роснедра).
Как в зарубежной, так и в отечественной практике проблемы взаимодействия разноплановых дисциплин были призваны решать мультидисциплинарные группы. Однако, как показывается в работе, они не разрешили стоящих перед ними задач.
Разрешение проблем методологического характера возможно путём реализации во всех дисциплинах единых базисных представлений об исследуемом объекте -нефтегазоносном пласте. Многочисленные примеры, рассматриваемые в работе, показывают, что именно указанное условие в настоящее время оказалось нарушенным. Основной причиной явилось то, что традиционная методология нефтегазовой науки развивалась на основе модели "абстрактной" пористой среды. Базисные параметры которой - коэффициенты абсолютной проницаемости (по газу) и открытой пористости, не отражают фактические условия залегания и течения углеводородов в продуктивных пластах.
Поэтому возникла потребность в обосновании такого единого базисного подхода к проведению исследований при изучении нефтегазовых пластов, который обеспечит естественную системность и согласованность задач и результатов исследований в отдельных научных дисциплинах. Предлагаемый в работе подход направлен на решение указанной задачи за счёт обоснования базисной модели пористой среды, характеризуемой параметрами пласта в реальных условиях фильтрации флюидов в залежах углеводородов - в присутствии остаточной водонасыщенности. А именно,
коэффициентами эффективной пористости и эффективной проницаемости (проницаемости по нефти (газу) при остаточной водонасыщенности).
Выше затронуты вопросы повышения достоверности исследований в нефтегазовой отрасли в связи с проблемами разработки месторождений нефти и газа. Другой актуальной задачей теории и практики разработки залежей углеводородов является обоснование новых и/или более эффективных технологий извлечения нефти, газа, конденсата из продуктивных пластов. В работе такое обоснование оказывается возможным на основе изменения представлений о строении залежей углеводородов, как следствие перехода к новому методологическому подходу к их изучению.
Исследования продуктивных пластов в реальных условиях фильтрации флюидов являются важным источником исходной информации для проектирования, анализа и регулирования разработки месторождений нефти и газа. В частности, это относится к методам гидродинамического исследования скважин (ГДИС). Вместе с тем, практически отсутствуют методы ГДИС и интерпретации получаемых данных для оценки характеристик совместного течения нефти (газа) и воды в терригенных и карбонатных пластах. Кроме того, ограничен арсенал технологий ГДИС, направленных на определение показателей анизотропии проницаемости пласта. Поэтому данный круг задач также актуален. Их решение в работе осуществляется в рамках предлагаемого единого методологического подхода к изучению продуктивных пластов.
Цель работы состоит в повышении эффективности разработки месторождений нефти и газа путем создания новых научно-методических и технологических решений на основе модели эффективного порового пространства.
Основные задачи исследований, в соответствии с обозначенной целью работы, заключаются в:
выявлении и анализе проблем взаимодействия между отдельными научными дисциплинами, а также соответствующих некорректных методологических подходов и результатов исследований, возникающих при изучении продуктивных пластов;
обосновании методологии исследований на основе модели эффективного порового пространства (ЭПП), позволяющей реализовать системность в изучении нефтегазоносных пластов сопредельными научными дисциплинами;
обосновании, в соответствии с моделью ЭПП, изменений в методологических подходах к изучению залежей углеводородов в физике пласта, петрофизике, методах геофизических и гидродинамических исследований скважин и интерпретации получаемых данных, методах подсчёта запасов нефти и газа, 3D геологическом и гидродинамическом моделировании;
обосновании новых и совершенствовании существующих технологий разработки месторождений нефти и газа, обеспечивающих повышение нефте-, газо- и конденсатоотдачи пластов, на основе изменения представлений о строении залежей
нефти и газа как следствия новой методологии их изучения;
обосновании новых методов и технологий гидродинамического исследования
нефтяных и газовых скважин, а также алгоритмов интерпретации получаемых дан
ных, обеспечивающих расширение спектра определяемых в пластовых условиях
параметров и зависимостей, в соответствии с новой методологией изучения продук
тивных пластов.
Методы решения поставленных задач. Для решения поставленных задач применялись общепринятые методы проведения научных исследований, включая анализ и обобщение результатов предшествующих исследований, интерпретацию и анализ результатов лабораторных экспериментов и данных промысловых исследований, методы математического моделирования с применением алгоритмов и компьютерных программ собственной разработки на основе апробированных аналитических и численных методов, методов теории оптимального управления, а также современных коммерческих программных комплексов.
Научная новизна результатов исследований, по мнению автора, заключается в следующем.
Обоснована методология системного изучения продуктивных пластов нефтегазовыми научными дисциплинами, базирующаяся на модели эффективной пористой среды, повышающая достоверность исследований в области разработки месторождений нефти и газа, а также способствующая увеличению коэффициентов нефте-, газо-, конденсатоотдачи продуктивных пластов.
Выявлены проблемы несогласованности методологий нефтегазовых научных дисциплин и обоснованы пути их устранения на основе базисной модели ЭГШ, включая: повышение достоверности интерпретации данных лабораторных исследований, ГИС и ГДИС и использования их результатов при 3D геологическом и гидродинамическом моделировании; учёт реальных свойств низкопроницаемых коллекторов ("неколлекторов") на всех этапах изучения пласта; учёт забалансовых запасов нефти в "неколлекторах" и переходных зонах в 3D моделях и при подсчёте геологических запасов нефти и др., что предопределяет повышение степени достоверности проектных решений по разработке месторождений нефти и газа.
Обоснована технология вертикально-латерального заводнения нефтяных пластов, обеспечивающая увеличение коэффициента охвата пласта воздействием, в двух разновидностях - для вводимых в разработку залежей и залежей на поздней стадии заводнения.
Обоснована технология разработки газоконденсатных залежей на основе вертикально-латерального сайклинг-процесса с использованием горизонтальных скважин, обеспечивающая повышение конденсатоотдачи неоднородных пластов и сокращение объемов попутно добываемой воды применительно к водоплавающим залежам.
На основе 3D компьютерных экспериментов показана технико-экономическая целесообразность организации опережающей закачки воды в низкопроницаемые пласты, содержащие залежи легких нефтей с высоким газосодержанием (в ачимов-ских и юрских отложениях).
Обоснованы технологии исследования нефтяных скважин с организацией разнонаправленных двухфазных фильтрационных течений для терригенных и карбонатных пластов, а также разработаны алгоритмы интерпретации получаемых данных, позволяющие определять в пластовых условиях характеристики двухфазного течения нефти и воды, тип карбонатного коллектора и параметры массообмена между системами пустотности для трещинно-поровых коллекторов.
Обоснованы технологии 3D гидропрослушивания на основе горизонтальных скважин и вертикального гидропрослушивания, позволяющие в промысловых условиях устанавливать на качественном и количественном уровне характеристики со-общаемости пласта поперёк напластования, что необходимо для повышения степени достоверности результатов 3D компьютерного моделирования.
Новизна предложенных технологий разработки и гидродинамического исследования скважин подтверждена 7 патентами РФ.
Практическая значимость работы характеризуется следующими результатами.
Переход на составление 3D геологических и гидродинамических моделей про
дуктивных пластов на основе модели ЭГШ с целью повышения достоверности про
ектирования, анализа и регулирования процессов разработки месторождений нефти
и газа признан необходимым ЦКР Роснедра (протокол № 3449 от 13 октября 2005
г.), а также рекомендован решением Международной академической конференции
"Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной
Сибири" (Тюмень, 16-18 сентября 2009 г.).
Развитие научных исследований в рамках методологии ЭГШ рекомендовано решением Международной конференции "Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы" (Москва, 27-28 мая 2010 г.).
Технология вертикально-латерального заводнения на основе горизонтальных скважин рекомендована к реализации на залежи БВз1 Новогоднего месторождения. Соответствующие проектные решения утверждены ЦКР Роснедра в рамках "Технологической схемы ОПР Новогоднего месторождения" (протокол №3942 от 28.12.2006 г.).
Технология вертикально-латерального заводнения, включающая вывод из консервации и использование ранее пробуренных вертикальных скважин, запроектирована к внедрению на залежи БВз1 Новогоднего месторождения в рамках "Авторского надзора за реализацией "Технологической схемы ОПР Новогоднего месторождения", утвержденного ЦКР Роснедра (протокол №4209 от 27.12.2007 г.).
Для залежи лёгкой нефти в отложениях Ю/ Новогоднего месторождения
обоснована целесообразность реализации предложенного в работе способа заводнения с опережающей закачкой воды.
Технология вертикально-латерального сайклинг-процесса с использованием горизонтальных скважин рекомендована к внедрению на одном из газоконденсат-ных месторождений Республики Узбекистан, разрабатываемых с участием отечественной нефтяной компании.
Проведение гидродинамических исследований скв. 97 Спорышевского месторождения по предложенной в работе технологии, включающей закачку в пласт воды и последующий отбор двухфазной смеси, позволило оценить кривые относительных фазовых проницаемостей и другие параметры пласта в пластовых условиях.
По результатам реализованного на залежи БВз1 Новогоднего месторождения 3D гидропрослушивания с использованием горизонтальных скважин установлено наличие гидродинамической связи пласта по разрезу и оценены эквивалентные коэффициенты проницаемости в направлениях вдоль и поперёк напластования.
Защищаемые положения.
-
Методология системного изучения продуктивных пластов нефтегазовыми научными дисциплинами на основе модели эффективного порового пространства, позволяющая устранить рассогласованность в постановке задач и результатах исследований нефтегазовых научных дисциплин и обеспечивающая методологическую основу геологически адекватного подсчёта запасов нефти и газа, построения 3D геологических и гидродинамических моделей, а также повышающая достоверность прогноза, анализа и регулирования разработки залежей, включая учёт реальных свойств низкопроницаемых коллекторов ("неколлекторов" в традиционной методологии).
-
Технология вертикально-латерального заводнения залежей нефти в двух разновидностях - с использованием горизонтальных скважин и на основе вывода из консервации и использования ранее пробуренных вертикальных скважин, позволяющая повысить коэффициенты охвата пласта заводнением и извлечения нефти в слоисто-неоднородных нефтяных пластах.
Технология вертикально-латерального сайклинг-процесса газоконденсатных залежей на основе горизонтальных добывающих и нагнетательных скважин, позволяющая повысить коэффициент извлечения конденсата в слоисто-неоднородных пластах при сокращении объемов попутно-добываемой подошвенной воды.
Способ разработки на основе заводнения с опережающей закачкой воды, обеспечивающий улучшение технологических и экономических показателей для залежей нефти с высоким газосодержанием в низкопроницаемых пластах.
3. Технологии гидродинамического исследования нефтяных скважин в терри-
генных и карбонатных коллекторах при организации двухфазных разнонаправлен
ных фильтрационных течений и разработанные алгоритмы интерпретации получае-
мых данных, позволяющие определять в пластовых условиях характеристики двухфазного течения нефти и воды, тип карбонатного коллектора и параметры массооб-мена между системами пустотности для трещинно-поровых коллекторов.
Технологии 3D гидропрослушивания на основе горизонтальных скважин и вертикального гидропрослушивания, обеспечивающие оценку эквивалентных значений проницаемости вдоль и поперёк напластования в пластовых условиях.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах Института проблем нефти и газа РАН (2001-2010 гг.), семинарах и научно-технических совещаниях ОАО "Газпром нефть" (2006-2008 гг.), семинарах повышения квалификации Института нефтегазового бизнеса (под рук. Р.Г. Шагиева), а также на следующих семинарах и конференциях:
Международном технологическом симпозиуме «Повышение нефтеотдачи пластов», Москва, 13-15 марта 2002 г.;
V научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, 23-24 января 2003 г.;
V всероссийской конференции «Новые технологии в газовой промышленности», Москва, 23-26 сентября 2003 г.;
Международном форуме «Современные гидродинамические исследования скважин. Разбор реальных ситуаций», Москва, 16-18 декабря 2003 г.;
Международной конференции «Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья», Москва, 24-26 ноября 2004 г.;
IV Международном технологическом симпозиуме «Новые технологии разработки и повышения нефтеотдачи», Москва, 15-17 марта 2005;
заседаниях ЦКР Роснедра 13.10.2005 г., 28.12.2006 г., 27.12.2007 г.;
Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов», Москва, ВНИИнефть, 18-19 сентября 2007 г.;
расширенном заседании ЦКР Роснедра "Методы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений в завершающей (четвертой) стадии", Москва, 6-7 декабря 2007 г.;
VII Международном технологическом симпозиуме «Новые технологии освоения и разработки трудноизвлекаемых запасов нефти и газа и повышения нефтегазо-отдачи», Москва, 18-20 марта 2008 г.;
научно-практической конференции "Обеспечение эффективного функционирования нефтегазодобывающего комплекса", Анапа, 26-30 мая 2008 г.;
Международных академических конференциях "Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири", Тюмень, 17-19 сен-
тября 2008 г. и 16-18 сентября 2009 г.;
II Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов», Москва, ВНИИнефть, 15-16 сентября 2009 г.;
научном семинаре РГУ нефти и газа им. Губкина "Актуальные проблемы нефтегазовой подземной гидромеханики и разработки нефтяных и газовых месторождений", 16 декабря 2009 г.;
VIII Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России", Москва, РГУ нефти и газа имени Губкина, 1-3 февраля 2010 г.;
Международной юбилейной конференции "Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы", Москва, РГУ нефти и газа имени Губкина, 27-28 мая 2010 г.;
научном семинаре кафедры Прикладной математики и компьютерного моделирования РГУ нефти и газа им. Губкина, 3 июня 2010 г.
Публикации. Основные результаты исследований по тематике работы изложены в монографии (в соавторстве), 32 статьях (включая 18 в ведущих изданиях согласно списку ВАК, 6 без соавторов) и 7 патентах РФ.
Объём и структура работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 287 наименований, и трех приложений. Содержание работы изложено на 324 страницах машинописного текста, включая 82 рисунка и 10 таблиц.
Благодарности. Автор благодарит С.Н. Закирова за помощь в выборе тематики исследований, ценные консультации и всестороннюю поддержку, а также признателен Э.С. Закирову за полезные консультации и А.Н. Дмитриевскому, В.М. Максимову и К.Я. Якубсону за внимание к проводимым исследованиям. Важное значение в течение всего периода выполнения работы имели поддержка и консультации со стороны Д.П. Аникеева и др. сотрудников и аспирантов ИПНГ РАН. Отдельные этапы работы, связанные с исследованиями по Новогоднему и Споры-шевскому месторождениям, выполнялись в сотрудничестве со специалистами ОАО "Газпром нефть". Автор признателен за поддержку указанных исследований Р.Н. Фахретдинову, Р.Н. Мухаметзянову, И. С. Джафарову, Р.Н. Нуриеву, а также за участие в соответствующих работах - А.И. Брусиловскому, В.В. Левочкину, А.И. Ипатову, М.И. Кременецкому, Д.А. Гуляеву, В.В. Семёнову и др. специалистам. Кроме того, ценными явились обсуждения работы и полезные замечания со стороны Н.Н. Михайлова и поддержка исследований Фондом содействия отечественной науке. Свою семью автор благодарит за терпение, поддержку и понимание.
