Введение к работе
Актуальность темы исследования. В современных условиях ухудшения ресурсной базы углеводородов важной задачей становится вовлечение в разработку запасов высоковязкой и сверхвязкой (нефть с вязкостью более 10 Па*с в работе называется сверхвязкой, СВН) нефти. На территории Республики Татарстан паротепловые методы разработки залежей сверхвязкой нефти на текущий момент являются самыми распространёнными, особенно технологии парогравитационного дренирования и циклических обработок паром с применением горизонтальных скважин. Принятой является стратегия разработки залежей сверхвязкой нефти, по которой участки залежей с нефтенасыщенной толщиной более 10 метров разрабатываются по технологии парогравитационного дренирования парными горизонтальными скважинами, а при толщине менее 10 метров (далее по тексту малых толщинах) путем пароциклических обработок пласта горизонтальными скважинами.
Анализ опыта применения технологий закачки пара показал, что в условиях неравномерного распределения нефтенасыщенности на залежах сверхвязкой нефти крайне сложно обеспечить высокую эффективность процесса разработки. Наличие условно выделенного водонефтяного контакта сложной формы, слабонефтенасыщенных «линз» внутри залежей нефти приводит к высоким обводненности и паронефтяному отношению скважин в начальный период времени, что требует выработки критериев оптимального расположения горизонтального ствола скважин в продуктивном пласте.
В условиях современной экономической обстановки, высокой стоимости выработки пара и строительства горизонтальных скважин необходимо проведение исследований по повышению эффективности системы разработки участков залежей СВН с малыми нефтенасыщенными толщинами.
Возможности бурения горизонтальных скважин с длиной продуктивной части свыше 1500 метров требуют проведения исследований рисков влияния длины скважин на эффективность выработки запасов СВН с учётом погрешности приборов современной навигации.
Возможны случаи остановки скважин, работающих по технологии парогравитационного дренирования на этапе сформированной паровой камеры, что требует проведения исследований процессов, возникающих после остановки скважин и установления критериев остановки с минимальными рисками потерь для производства.
Наличие слабонефтенасыщенных «линз» в разрезе нефтенасыщенной части залежей и особенности процесса парогравитационного дренирования залежей СВН в геологических условиях месторождений Республики Татарстан требуют усовершенствования аналитических формул определения оптимальных дебита жидкости, нефти и закачки пара при реализации технологии парогравитационного дренирования.
По описанным причинам совершенствование системы разработки залежей СВН Республики Татарстан в условиях высокой неоднородности нефтенасыщенного пласта является актуальной задачей.
Степень разработанности темы. С вовлечением в разработку залежей сверхвязкой нефти Республики Татарстан, роль исследований технологий добычи паротепловыми методами выросла. С ростом необходимости снижения затрат на добычу сверхвязкой нефти расширяются требования производства по совершенствованию систем разработки залежей. Значительный вклад в решение проблем разработки месторождений сверхвязкой нефти и природных битумов внесли Р.Г. Абдулмазитов, М.И. Амерханов, Д.Г. Антониади, Н.К. Байбаков, И.М. Бакиров, А.А. Боксерман, А.Р. Гарушев, Р.Н. Дияшев, С.А. Жданов, Ю.П. Желтов, А.Т. Зарипов, А.Б. Золотухин, Р.Р. Ибатуллин, Н.Г. Ибрагимов, В.И. Кудинов, А.А. Липаев, М.М. Мусин, Р.Х. Муслимов, К.А. Оганов, А.В. Петухов, Л.М. Рузин, М.Л. Сургучев, А.Х. Фаткуллин, Р.С. Хисамов, Н.И. Хисамутдинов, Т.В. Хисметов, З.А. Янгуразова, T.C. Boberg, R.M. Butler, M. Greaves, S.A. Mehta, S.D. Joshi и др.
Цель работы. Оптимизация системы разработки залежей сверхвязкой нефти Республики Татарстан в условиях высокой неоднородности нефтенасыщенного пласта.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Исследовать эффективность технологии пароциклических обработок пласта через горизонтальные скважины в зависимости от геологических условий. Определить оптимальный режим эксплуатации пароциклических горизонтальных скважин.
-
Разработать методику оценки потенциальной добычи нефти пароциклических горизонтальных скважин в зависимости от геологических условий и технологических параметров.
-
Обосновать методы оптимизации систем разработки горизонтальными скважинами участков залежей сверхвязкой нефти с малой нефтенасыщенной толщиной путем использования вертикальных скважин под закачку пара.
-
Определить оптимальные параметры освоения парных горизонтальных скважин закачкой пара по технологии парогравитационного дренирования.
-
Оценить риски снижения эффективности работы парных горизонтальных скважин по технологии парогравитационного дренирования в зависимости от длины горизонтального участка.
-
Выработать критерии оптимального расположения парных горизонтальных скважин в пласте в зависимости от геологических условий и наличия условно выделенного неравномерного водонефтяного контакта в пласте.
-
Исследовать последствия остановки работы парных горизонтальных скважин по технологии парогравитационного дренирования.
-
Усовершенствовать аналитические формулы определения оптимальных добычи жидкости, нефти и закачки пара горизонтальных скважин по технологии парогравитационного дренирования для условий залежей сверхвязкой нефти Республики Татарстан.
Методы решения поставленных задач.
Решение поставленных задач основано на теоретических исследованиях, анализе промыслового опыта, проведении опытно-промышленных испытаний,
использовании современных методов математического моделирования процессов фильтрации жидкостей и теплопереноса.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:
-
Получена зависимость добычи нефти из пароциклических горизонтальных скважин от параметров пара, количества его внесения в продуктивный пласт и времени термокапиллярной пропитки для различных геолого-физических характеристик залежи сверхвязкой нефти, выраженная в виде номограммы.
-
Установлено, что для обеспечения минимального времени достижения термодинамической связи между скважинами и максимального коэффициента извлечения нефти в малых толщинах по технологии с закачкой пара в вертикальную скважину и отбором из горизонтальной скважины необходимо:
смещать расположение вертикальной скважины вниз по структуре в направлении, перпендикулярном горизонтальному участку ствола скважины, пробуренном вдоль напластования, в зависимости от степени наклона кровли продуктивного пласта;
располагать горизонтальный участок ствола скважины в направлении падения пласта со входом в пласт со стороны более высокой гипсометрической отметки, вертикальную нагнетательную скважину располагать у «носка» горизонтальной скважины.
-
Установлено пороговое значение количества закачиваемого пара на этапе освоения парогравитационных парных горизонтальных скважин, при превышении которого существенно увеличивается паронефтяное отношение, определено соотношение закачиваемого пара между верхней и нижней скважинами в зависимости от суммарной закачки пара, при котором достигается максимальная добыча нефти.
-
С помощью модели уточнены параметры процесса миграции нефти к кровле пласта и в направлении восстания кровли пласта-коллектора, выраженные увеличением нефтенасыщенности в выработанной области пласта после остановки работы парных горизонтальных скважин для условий Ашальчинского месторождения. Установлена прямая экспоненциальная зависимость дебита нефти парных горизонтальных скважин от абсолютной отметки горизонтального участка при повторном пуске их в работу.
Защищаемые положения.
-
Способ разработки залежей сверхвязкой нефти с закачкой пара в вертикальную скважину и отбором из горизонтальной скважины на участках с малой нефтенасыщенной толщиной пласта.
-
Метод экспресс-оценки добычи нефти пароциклической горизонтальной скважины в цикле обработки паром в зависимости от геологических условий, режима закачки и характеристик пара для условий Ашальчинского месторождения.
-
Критерии для размещения горизонтального участка ствола парных горизонтальных скважин в пласте в зависимости от геологических условий участка с учетом экономических показателей.
4. Результаты исследования процессов миграции нефти к кровле пласта и в направлении восстания кровли пласта-коллектора после остановки работы парных горизонтальных скважин.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Указанная область исследований соответствует паспорту специальности 25.00.17 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», а именно п. 5: Научные основы компьютерных технологий проектирования, исследования, эксплуатации, контроля и управления природно-техногенными системами, формируемыми для извлечения углеводородов из недр или их хранения в недрах с целью эффективного использования методов и средств информационных технологий, включая имитационное моделирование геологических объектов, систем выработки запасов углеводородов и геолого-технологических процессов.
Практическая ценность результатов работы.
-
Обоснованы технологические параметры пароциклических обработок для повышения эффективности работы скважин в условиях залежей СВН Республики Татарстан.
-
Полученная номограмма определения добычи нефти пароциклической горизонтальной скважины за цикл позволяет выполнять экспресс-оценку потенциальной добычи нефти скважин и осуществить подбор перспективных участков под применение технологии пароциклической обработки в условиях залежей СВН Республики Татарстан.
-
Установлена оптимальная длина горизонтального ствола добывающей скважины 200-250 метров при использовании одной вертикальной скважины под закачку пара для условий шешминского горизонта.
-
Установлено оптимальное расположение нагнетательной вертикальной скважины относительно оси горизонтальной части ствола добывающей скважины в зависимости от наклона кровли продуктивного пласта, при котором в процессе парогравитационного дренирования обеспечивается образование паровой камеры с максимальным вовлечением запасов нефти и минимальным временем установления термогидродинамической связи между скважинами при их освоении.
-
Установлен минимальный и достаточный объем закачиваемого в продуктивный пласт пара и оптимальное соотношение количества закачиваемого пара между верхней и нижней парогравитационными парными горизонтальными скважинами в зависимости от суммарного объема закачки при установлении термогидродинамической связи в процессе их освоения на залежах СВН.
-
Предложенные технические решения, касающиеся способов разработки залежей ВВН и природных битумов, признаны изобретениями и защищены патентами Российской Федерации (№№ 2578137, 2527051, 2582256, 2610966, 2623407, 2626497, 2626500, 2627795, 2630330), из которых на Ашальчинском месторождении реализуется технология с использованием паронагнетательной вертикальной и добывающей горизонтальной скважин (№ 2578137).
-
Усовершенствованы аналитические формулы определения потенциальной добычи нефти и оптимальных режимов работы парных горизонтальных скважин, которые позволяют использовать их при принятии
решений по совершенствованию систем разработки и при выборе приоритетных залежей сверхвязкой нефти Республики Татарстан.
-
Полученные в работе критерии оптимального расположения горизонтальных скважин в пласте обеспечивают предпосылки повышения успешности бурения и рентабельности работы горизонтальных скважин на залежах СВН Республики Татарстан.
-
Положения диссертационной работы применены при составлении проекто-технологической документации на разработку Ашальчинского, Кармалинского, Северо-Кармалинского, Лангуевского, Чумачкинского, Ерсубайкинского и Черемшанского нефтяных месторождений Республики Татарстан.
Личный вклад автора состоит в проведении исследований в области разработки залежей сверхвязкой нефти паротепловыми методами с применением вертикальных и горизонтальных скважин, разработке новых решений по разработке участков с малой нефтенасыщенной толщиной пласта, научном сопровождении использования рекомендаций на залежах сверхвязкой нефти ПАО «Татнефть».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных научных конференциях «Особенности разведки и разработки месторождений нетрадиционных углеводородов» (г. Казань, 2015 г.) и «Инновации в разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений» (г. Казань, 2016 г.); на Российской нефтегазовой технической конференции SPE в 2015 и 2016 гг. (г. Москва); доклады автора признаны лучшими в своей секции на XVI молодежной научно-практической конференции ПАО «Татнефть» посвященной 70-летию НГДУ «Бавлынефть» (г. Бавлы, 2016 г.) , на 27-ой молодежной научно-практической конференции института «ТатНИПИнефть» (г. Бугульма, 2016 г.), на 26-ой молодежной научно-практической конференции института «ТатНИПИнефть» (г. Бугульма, 2015 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 36 работ: одна монография, 22 статьи, 4 тезиса и 9 патентов РФ на изобретения. В ведущих рецензируемых научных журналах по списку ВАК РФ опубликовано 4 статьи.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 161 странице машинописного текста и содержит 92 рисунка, 12 таблиц. Список использованной литературы включает 142 наименования.
Автор считает своим долгом выразить благодарность своим коллегам за ценные замечания и рекомендации к проведенным исследованиям.
Своему научному руководителю Зарипову А.Т. автор выражает глубокую признательность и благодарность.