Содержание к диссертации
Введение.
Глава 1. Состояние изученности производительности горизонтальных и
многоствольно-горизонтальных нефтяных скважин 11
1.1 .Анализ отечественного и зарубежного опыта бурения и эксплуатации нефтяных месторождений горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами 11
1.2. Приближенные методы оценки производительности горизонтальных нефтяных скважин, вскрывших однородные анизотропные пласты 25
1.3. Приближенные методы оценки производительности многоствольно-горизонтальных нефтяных скважин, вскрывших однородные анизотропные пласты .42
Глава 2. Численные методы прогнозирования производительности наклонно-горизонтальных, горизонтальных и многоствольно-горизонтальных скважин 50
2.1.Численные методы определения производительности наклонно- горизонтальных, горизонтальных и многоствольно-горизонтальных нефтяных скважин, вскрывших однородные и неоднородные пласты 50
2.2.Теоретические основы исследования процесса фильтрации многофазных флюидов к НГС, ГС и МГС 56
Глава 3. Создание геолого-математических моделей фрагментов нефтяных месторождений массивного и пластового типов. 64
3.1 .Постановка задачи, исходные данные и выбранные схемы фрагментов однородных и неоднородных пластов 64
3.1.1. Модель фрагмента однородного горизонтального пласта 66
3.1.2. Модель фрагмента однородного наклонного пласта 75
3.1.3. Модель фрагмента однородного наклонного пласта с практически непроницаемыми перемычками 83
3.1.4. Модель фрагмента неоднородного наклонного пласта 88
Глава 4, Фильтрация многофазных флюидов к наклонно- горизонтальным, горизонтальным и многоствольно-горизонтальным скважинам 97
4.1 .Анализ результатов математических экспериментов на моделях фрагментов однородных и неоднородных пластов массивного и пластового типа залежей, вскрытых НГС, ГС и МТС
4.1.1. Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов однородного горизонтального пласта, вскрытого горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами 101
4.1.2. Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов однородного наклонного пласта, вскрытого горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами 119
4.1.3. Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов однородного пласта с практически непроницаемыми перемычками, вскрытых горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами 134
4.1.4. Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов неоднородного наклонного пласта, вскрытых горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами 143
4.2.Анализ распределения пластового давления и образования депрессионной воронки при вскрытии однородных и неоднородных пластов горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами 167
4.2.1. Анализ распределения пластового давления и образования де- прессионной воронки при вскрытии фрагмента однородного пласта горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами... 168
4.2.2. Анализ распределения пластового давления и образования де- прессионной воронки при вскрытии фрагмента однородного наклонного пласта горизонтальными и многоствольно- горизонтальными скважинами 178
4.2.3. Анализ распределения пластового давления и образования депрессионной воронки при вскрытии фрагмента однородного пласта с непроницаемой перемычкой многоствольно-горизонтальной скважиной 186
4.2.4. Анализ распределения пластового давления при вскрытии фрагмента неоднородного наклонного пласта горизонтальными и многоствольно-горизонтальными скважинами 195
Вопросы экономической эффективности использования НГС, ГС и МГС при разработке нефтяных месторождений 205
Заключение 207
Список литературы 211
Приложение 226
Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость применения наклонно- горизонтальных (НГС), горизонтальных (ГС) и многоствольных скважин (МГС) вызвана наличием значительного числа неоднородных, маломощных пластов, низкопроницаемых пропластков большой толщины, залежей с высоковязкими нефтями, а также многообъектных и шельфовых месторождений, разработка которых, традиционными вертикальными скважинами неэффективна из-за высокой себестоимости добываемой нефти, низкой производительности и неустойчивой работы таких скважин.
Разработанные за последние годы технологии бурения и заканчивания НГС, ГС и МГС значительно улучшили экономические показатели их применения в добыче нефти.
Конструктивные особенности таких скважин позволяют получать дебиты в несколько раз превосходящие дебиты вертикальных скважин. Причем увеличение дебита этих скважин обеспечивается не только за счет повышения депрессии на пласт, а в основном путем увеличения поверхности фильтрации и наращивания числа объектов, вовлекаемых в разработку. В ряде случаев увеличение их производительности, помимо изменения длины горизонтальной части ствола, возможно с помощью проводимого ГРП. Одно из важных преимуществ добычи нефти такими скважинами, связано с возможностью устойчивой, без осложнений, эксплуатации месторождений при пониженных депрессиях на пласт. Такая технология позволяет уменьшить проблемы конусообразования, снизить пескопроявление в скважинах при вскрытии ими слабосцементированных песчаников.
Известно, что стоимость многоствольных и горизонтальных скважин значительно превышает стоимость вертикальной скважины, а при разработке шель- фовых месторождений себестоимость добываемой продукции включает в себя и стоимость платформы, с которой осуществляется разработка. Поэтому во всех случаях, при использовании НГС, ГС и МГС, необходимо исходить из геологических, технологических и экономических характеристик разработки нефтяных месторождений.
В данной диссертации изучается задача, связанная с обоснованием выбора конструкции НГС, ГС и МГС с учетом расположения и взаимодействия горизонтальных стволов, при вскрытии однородных, многослойно-неоднородных и анизотропных пластов. Решение этой задачи позволит определить приоритетность в использовании той или иной конструкции горизонтальных и многоствольных скважин, учитывающей геологические особенности залежи и отвечающей экономическим и технологическим факторам.
Приближенное аналитическое решение поставленной задачи для неоднородных пластов с учетом изменения свойств пористой среды и насыщающих ее флюидов от давления, потерь давления по стволу, интерференции между стволами, изменения фазовых проницаемостей и других факторов невозможно. Поэтому, при поиске оптимальной конструкций НГС, ГС и МГС, используется метод построения геолого-математических моделей фрагментов однородных и неоднородных залежей пластового и массивного типов, основанный на решении системы уравнений многомерной, многокомпонентной, многофазной нестационарной фильтрации в неоднородной анизотропной среде с учетом влияния капиллярных и гравитационных сил; изменения емкостных и фильтрационных свойств пористой среды и насыщающих ее флюидов от давления; потерь давления по длине горизонтальных стволов; продвижения подошвенных и краевых вод, интерференции между стволами МГС в зависимости от показателя анизотропии и проницаемости пропластков. При этом особое внимание было уделено влиянию на оптимальность выбираемой конструкций скважин таких параметров, как: абсолютные проницаемости пластов (пропластков), параметр их анизотропии, депрессии на пласт, расположение стволов, длины стволов, тип залежи, способ разработки и др.
Цель диссертации - обоснование выбора конструкции наклонно- горизонтальных, горизонтальных и многоствольных скважин для обеспечения рентабельной разработки однородных, многослойно-неоднородных и анизотропных залежей пластового и массивного типов на режиме истощения и с поддержанием пластового давления путем закачки воды (ППД) в условиях продвижения подошвенной и краевых вод, с учетом расположения и взаимодействия горизонтальных стволов, а также влияния на их производительность различных геологических, технологических и технических факторов.
Основные задачи исследования.
Основными задачами исследования являются:
1. Анализ и сравнение существующих приближенных аналитических методов определения производительности НГС, ГС и МГС;
2. Исследование влияния длины, расположения по толщине залежи и сочетания длин горизонтальных стволов, на показатели разработки фрагментов однородных и неоднородных залежей массивного и пластового типов, вскрытых НГС, ГС и МГС;
3. Изучение влияния величины проницаемости пропластков, их последовательности залегания и вскрытия горизонтальными стволами различной конструкции на показатели разработки фрагментов однородных, неоднородных и многообъектных залежей;
4. Изучение влияния параметра анизотропии и величины депрессии на показатели разработки фрагментов залежей, вскрытых НГС, ГС и МГС;
5. Установление зависимости влияния конструкции НГС, ГС и МГС на активность продвижения подошвенной и краевых вод, изменение водонасыщен- ности продуктивных пропластков, в процессе разработки фрагментов однородных, неоднородных и многообъектных залежей;
6. Установление зависимости влияния конструкции НГС, ГС и МГС на распределение пластового давления, характер и глубину образующейся депресси- онной воронки в процессе разработки фрагментов нефтяных месторождений.
Методы исследования.
Методами исследования являются: - Анализ и обобщение данных научной литературы;
Использование теоретических основ разработки нефтяных месторождений системой горизонтальных и многоствольно-горизонтальных скважин; - Математические эксперименты на построенных геолого-математических моделях фрагментов однородных и неоднородных нефтяных залежей массивного и пластового типов. Научная новизна.
Научная новизна диссертационной работы заключается в установлении, с использованием численных методов решения поставленной задачи на геолого-математических фрагментах месторождения:
1. Влияния длины, расположения и сочетания длин горизонтальных стволов, на показатели разработки фрагментов однородных и неоднородных залежей массивного и пластового типов, вскрытых НГС, ГС и МТС;
2. Влияния режима эксплуатации фрагментов на показатели разработки при использовании МГС и ГС;
3. Влияния изменения проницаемостей пропластков, их последовательности залегания и вскрытия горизонтальными стволами различной конструкции на показатели разработки фрагментов однородных, неоднородных и многообъектных залежей;
4. Влияния параметра анизотропии и величины депрессии на показатели разработки фрагментов залежей, вскрытых НГС, ГС и МГС;
5. И сравнении показателей разработки фрагмента многообъектной залежи, вскрываемой многоствольно-горизонтальной и наклонно-горизонтальной скважиной (вскрытие осуществляется сверху вниз и снизу-вверх).
Практическая ценность.
Данная работа, выполняемая в соответствии с хозяйственным договором с ОАО «Газпром» №525-00.16 от 01.01.2000 г. и, направленная, непосредственно на прогнозирование показателей разработки конкретных нефтяных месторождений Арктического шельфа, НГС, ГС и МГС, позволила установить влияние геологических, технологических, технических факторов на показатели разработки фрагментов залежей и выявить существующее между ними взаимодействие.
Практическая ценность проведенных научных исследований заключается в разработке рекомендаций для применения НГС, ГС и МГС при разработке нефтяных месторождений с учетом их геологических особенностей и влияния технологических и технических факторов при вскрытии их наклонно- горизонтальными, горизонтальными и многоствольными скважинами.
Эти эксперименты позволяют выбрать такую конструкцию скважин, которая обеспечивает максимальную рентабельность разработки и надежную, устойчивую, без осложнений работу выбранных скважин.
Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы при разработке нефтяных месторождений со сходными геолого-промысловыми характеристиками.
Апробация работы и публикации.
Основные положения диссертационной работы изложены в 11 опубликованных работах (из них одна книга (в соавторстве), статьи - 10). Результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях, симпозиумах и семинарах, в числе которых: 1. Ш Международная конференция по вычислительной и прикладной механике в рамках III Международного конгресса «Актуальные проблемы механики сплошных и сыпучих сред». Москва, 8-10 февраля 2000 г.; 2. 54-я МСНК «Нефть и газ - 2000». Москва, 19-21 апреля 2000 г.; 3. Юбилейная научная сессия «Нефтегазовое образование и наука: итоги, состояние и перспективы». Москва, 25-26 апреля 2000 г.; 4. Конференция молодых специалистов, посвященная 300-летию горному делу в России. Москва, 1113 октября 2000 г.; 5. 3-й Международный семинар «Горизонтальные скважины». Москва 29-30 ноября 2000 г.; 6. 4-я НТК «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». Москва, 25-27 января 2001 г.; 7. НТК «Развитие научно-технического творчества молодежи отраслей ТЭК» «ТЭК-2000». Москва 27-28 февраля 2001 г.; 8. 55-я МСНК «Нефть и газ - 2001». Москва, 19-21 апреля 2001 г.; 9. НТК по итогам Х-го юбилейного Конкурса мо- -10 лодежных разработок «ТЭК-2001». Москва 12-13 февраля 2002 г.; 10. Международный технологический симпозиум «Повышение нефтеотдачи пластов». Москва 13-15 марта 2002 г.
Автор выражает благодарность за постоянную помощь и внимание своему научному руководителю профессору Алиеву З.С.
Автор благодарен профессору Сомову Б.Е. за научные консультации и помощь при выполнении работы. Автор выражает признательность всем сотрудникам кафедр «Разработки и эксплуатации нефтяных месторождений» и «Разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений» за обсуждение работы и полезные советы по её выполнению.
