Введение к работе
Актуальность темы
На современном этапе развития нефтяной промышленности все большую долю в структуре запасов нефтяных месторождений занимают так называемые трудноизвлекаемые запасы. К ним относятся, в частности, запасы нефти, приуроченные к низкопроницаемым коллекторам и к высокообводненным на поздних стадиях разработки объектам.
Проблема повышения нефтеотдачи пластов в условиях естественного снижения извлекаемых запасов нефти на длительно разрабатываемых месторождениях с применением заводнения непосредственно связана с режимом эксплуатации добывающих и нагнетательных скважин. На поздних стадиях разработки проблема усугубляется. Кроме прочих причин снижение приемистости нагнетательных скважин происходит за счет роста гидравлического сопротивления при загрязнении прискважинной зоны пласта (ПЗП).
Одним из наиболее распространенных методов восстановления приемистости нагнетательных является кислотная (в частном случае, соляно-кислотная - СКО) обработка околоскважинной зоны (ОЗП) продуктивных коллекторов.
При выборе режимов кислотной обработки в отечественной и зарубежной промысловой практике используются различные решения, основанные на широко распространенной формуле Дюпюи, подчиняющейся известному закону Дарси. Однако, как показал ряд исследователей (В.Н. Щелкачев, Н.Н. Павловский, Ф.И. Котяхов, А.И. Абдулвагабов, Фенчер, Льюис, Бернс и др.), верхняя граница применимости формулы Дарси ограничивается критическим числом Рейнольдса Re < 8…14. При кислотных обработках число Рейнольдса в околоскважинной зоне пласта (ОЗП), как показано в гл.2, может быть многократно больше. И неучетом этого фактора можно объяснить часто встречающееся в промысловой практике при кислотных обработках многократно большее увеличение приемистости нагнетательных или дебитов добывающих скважин по сравнению с проектным (Б.Г. Логинов). Поэтому в рамках настоящей работы рассмотрены и базовые аспекты гидромеханики резкого падения гидравлического сопротивления ОЗП с удалением от стенок ствола скважины. Решаемые задачи основаны на законе Дарси-Вейсбаха, позволяющем учитывать влияние на гидравлическое сопротивление в ОЗП сил трения жидкости о стенки поровых каналов.
Как показала промысловая практика, эффективность СКО зависит от многих факторов, влияние которых на конечный результат (восстановление приемистости и ее снижение в процессе последующей эксплуатации скважины) варьирует в достаточно широких пределах. Выявлению и обоснованию геолого-физических и технологических факторов, влияющих на изменение приемистости и ее стабилизацию после СКО околоскважинных зон пластов нагнетательных скважин, а также на изменение продуктивности взаимодействующих с ними эксплуатационных (добывающих), посвящена данная работа, что указывает на актуальность выбранной темы.
Цель диссертационной работы
Повышение эффективности применения технологии СКО путем разработки новой методики для прогноза технологического эффекта с учетом влияния характеристик и условий залегания продуктивных коллекторов, реологических параметров кислотных растворов и пластовых флюидов и гидромеханики течения раствора в ОЗП (в области, превышающей верхнюю границу применимости закона Дарси) в условиях месторождений Урало-Поволжья.
Объект исследования
Технология проведения и прогнозирования эффективности СКО в условиях эксплуатации скважин месторождений Урало-Поволжья.
Предмет исследования
Взаимосвязь между отдельными параметрами технологии и условиями проведения СКО.
Основные задачи исследования
1.Анализ эффективности использования СКО для повышения приемистости нагнетательных скважин и их влияния на дебиты взаимодействующих с ними добывающих скважин для ряда месторождений Урало-Поволжья.
2.Установление рациональных критериев выбора объектов для СКО, повышающих их технологическую эффективность.
3. Создание аналитического метода, позволяющего учитывать влияние нелинейности распределения скоростей течения жидкости на гидромеханику кислотной обработки ОЗП в области, превышающей верхнюю границу применимости закона Дарси.
4. Разработка на базе проведенного многофакторного статистического анализа методики прогнозирования технологической эффективности применения СКО для повышения приемистости нагнетательных скважин и дебитов, взаимодействующих с ними, добывающих.
5. Проведение промышленной апробации разработанной методики на нефтяных месторождениях ОАО «Самаранефтегаз» и НГДУ «Бавлынефть» ОАО «Татнефть».
Методы исследования
1.Аналитические, лабораторные и промысловые исследования геолого-физических характеристик ряда месторождений Самарской области и Татарстана, с использованием современных методов многофакторного статистического анализа.
2.Использование элементов гидромеханики пространственно распределенных систем для исследования картины (режимов) СКО околоскважинной зоны продуктивного коллектора в области, превышающей верхнюю границу применимости закона Дарси.
Научная новизна
1.Выявлен характер влияния коллекторских свойств пород и условий эксплуатации продуктивных пластов на изменение приемистости (и устойчивости ее во времени) нагнетательных скважин и продуктивность, взаимодействующих с ними, добывающих (после СКО нагнетательных скважин).
2.Впервые в нефтепромысловой практике получено аналитическое решение задачи учета влияния снижения скоростей течения жидкости в поровых каналах (с удалением от стенок скважины) на сильную нелинейность распределения гидравлического сопротивления пористой среды по радиусу ОЗП, не учитываемого формулой Дюпюи в области, превышающей верхнюю границу применимости закона Дарси, и объясняющее механизм несовпадения между результатами расчетов режимов СКО по формуле Дюпюи (в указанной закритической области) и фактическими результатами СКО скважин.
3.На основе решения степенных регрессионных уравнений разработана методика прогнозирования эффективности СКО, обеспечивающая повышение достоверности прогноза и позволяющая комплексно учитывать влияние технологии и режимов проведения кислотных обработок ОЗП, характеристики и условий залегания продуктивных коллекторов, условий разработки месторождения и ряд других факторов.
Защищаемые научные положения
1.Методика прогнозирования результатов соляно-кислотных обработок, учитывающая комплекс технологических и геологических факторов.
2.Методика расчета потерь гидравлического давления в ОЗП при режиме течения раствора кислоты в области, превышающей верхнюю границу применимости закона Дарси.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Достоверность результатов основана на использовании общепризнанных апробированных методик, базовых понятий и принципов теории и практики эксплуатации нефтяных месторождений, основах гидромеханики систем с распределенными параметрами, а также на результатах внедрения разработок на предприятиях нефтегазовой отрасли.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Разработанная методика прогнозирования эффективности СКО нагнетательных скважин применяется при их планировании, проведении и оценке результатов на Бавлинском месторождении НГДУ «Бавлынефть». С использованием разработанной методики осуществлена СКО в 7 скважинах. При этом достигнуто увеличение эффективности СКО на 71% , по сравнению с традиционным подходом к технологии проведения. Дополнительная добыча нефти, в близлежащих от нагнетательной, добывающих скважинах составила за 2010 год 37 тыс.т.
Основные результаты проведенных научных исследований используются в учебном процессе на кафедре «Разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений» филиала ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г.Октябрьском при проведении лекционных и практических занятий.
Личный вклад автора
Разработана методика прогнозирования эффективности СКО, обеспечивающая повышение рациональности выбора технологии и режимов проведения кислотных обработок ОЗП.
На основе закона Дарси-Вейсбаха, позволяющем учитывать влияние сил трения жидкости о стенки поровых каналов, проведены исследования гидромеханики течения жидкости в ОЗП в области, превышающей верхнюю границу применимости закона Дарси (по критической величине числа Рейнольдса, при превышении которого гидравлическое сопротивление околоскважинной зоны пласта резко возрастает по сравнению с основанной на законе Дарси формулой Дюпюи – радиально-симметричного течения жидкости).
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:
- всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии нефтегазового дела» в филиале ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Октябрьском (г. Октябрьский, 2007 г.),
- 34, 35, 36, 37-х научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов в филиале ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Октябрьском (г. Октябрьский, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.),
- научно-практической конференции «Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин», г.Уфа, 2011 г.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, из них 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и 3-х приложений. Общий объем работы составляет 145 страниц машинописного текста, включая 27 таблиц, 56 рисунка и список использованной литературы из 138 наименований.
Автор выражает свою благодарность научному руководителю, доктору технических наук Гуторову Ю.А., заведующему кафедрой «РРНГМ» филиала ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г.Октябрьском профессору Мухаметшину В.Ш., доценту Ахметову Р.Т., специалистам НГДУ «Бавлынефть» Ханнанову Р.Г. и Подавалову В.Б. за ценные советы и консультации.
