Анализ геологического строения и разработки низкопроницаемого неоднородного коллектора исследуемого месторождения

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИЧЕСКОГО И ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Анализ геологического строения и разработки низкопроницаемого неоднородного коллектора исследуемого месторождения

Общие положения

По данным Министерства природных ресурсов и экологии, извлекаемые запасы нефти в России к началу 2016 г. по категории А+В+С₁+С₂ составили, примерно, 20 млрд. т. В разработку введено приблизительно 55 %, из них 42 % − это традиционные запасы и 13 % − трудноизвлекаемые запасы. Однако, несмотря на прирост запасов, который наблюдается в последние 10 лет (рисунок 1.1), текущие извлекаемые запасы по категориям А+В+С₁ в 2014 г. снизились в сравнении с показателем 1993 г. на 475 млн. т [116]. То есть, несмотря на прирост запасов, их качество существенно снижается. Многие годы интенсивно вырабатывалась лишь наиболее легко извлекаемая часть запасов нефти (наиболее эффективная с экономической точки зрения).

Растущая доля трудноизвлекаемых запасов углеводородов (ТИЗ) [97, 124, 126], приуроченных к залежам, характеризующимся сложным неоднородным геологическим строением, низкой проницаемостью, высокой вязкостью пластовой нефти, наличием тектонических разломов, активных подошвенных вод и газовых шапок, ведет к серьезным переменам в области бурения и эксплуатации, так как эффективную разработку таких коллекторов сложно проводить традиционными технологиями, применяемыми при строительстве и эксплуатации скважин.

Снижение темпов роста добычи с параллельным ростом объемов бурения и капитальных затрат также свидетельствует об ухудшении минерально-сырьевой базы [69].

Рисунок 1.1 - Динамика добычи нефти, темпов роста добычи и прироста запасов нефти в России в 1991-2015гг.

Также стоит отметить, что, начиная с 1970-х годов, в нашей стране и в мире в целом отмечается тенденция снижения количества открываемых крупных нефтяных месторождений типа Ромашкино (открыто в 1948г.); Самотлор (открыто в 1965г.), и других месторождений (рисунок 1.2.). Если раньше месторождение с запасами 50 млн. т считалось хорошим средним, то в настоящее время даже месторождения с запасами 3 млн. т считаются удачным открытием [56]. По данным Министерства природных ресурсов и экологии, в 2005 г. на балансе ведомства было 2107 нефтяных месторождений, к 2015 г. их количество выросло на 40 %, а запасы всего на 7,6 %. За последние 40 лет средние запасы открываемых нефтяных месторождений в России снизились в 30 раз и составили всего 900 тыс. т. В нашей стране к крупным (гигантским) месторождениям относят месторождения с запасами нефти от 60 млн. т и выше, а к уникальным с запасами более 300 млн. т.

Развитие сырьевой базы нефтяной промышленности России зависит также от прироста извлекаемых запасов нефти на разрабатываемых месторождениях за счет более полного извлечения нефти из пластов, то есть за счет увеличения их нефтеотдачи.

Рисунок 1.2 - Динамика средних запасов новых нефтяных месторождений (категории А+В+С₁+С₂)

Применение методов увеличения нефтеотдачи пластов может существенно повлиять на развитие нефтяной промышленности, обеспечивая дополнительный прирост извлекаемых запасов и текущей добычи нефти как на разрабатываемых, так и на вновь вводимых месторождениях [49, 50].

В России проблема прироста извлекаемых запасов нефти особенно актуальна для Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции на которой располагается более 60 % всех разведанных запасов нефти, из её недр извлекается порядка 70 % всей добываемой в России нефти. Основные объемы бурения закономерно приходятся на эксплуатационное (по данным Министерства энергетики РФ более 20 млн. м в 2015 г.) и сосредоточены в Западной Сибири, по бурению доля региона составляет около 83 % [103]. Данное соотношение доказывает, что продуктивность месторождений Западной Сибири падает, а себестоимость добычи, наоборот, увеличивается. Основную часть вводимых в разработку запасов нефти составляют трудноизвлекаемые, основу которых составляют низкопроницаемые неоднородные коллектора, богатые запасами, но с ограниченными возможностями освоения, доля которых составляет не менее 80 %. Трудноизвлекаемые запасы в среднем выработаны приблизительно на 15-17 % [11].

Основными особенностями геологического строения трудноизвлекаемых запасов Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции являются высокая послойная и зональная неоднородность проницаемостных свойств коллектора, высокая расчлененность, низкая проницаемость продуктивных коллекторов, высокое содержание глинистого материала в поровом объеме (цемент, прослои, линзы).

Проблемами разработки коллекторов с трудноизвлекаемыми запасами нефти занимались и занимаются известные ученые: М.Т. Абасов, И.М. Амелин, A.A. Боксерман, JI.C. Бриллиант, Ю.П. Борисов, Ю.Е. Батурин, Г.Г. Вахитов, А.Т. Горбунов, А.И. Пономарев, Н. С. Гудок, Р.Н. Дияшев, В.Е. Андреев, В.М. Добрынин, H.A. Еремин, Ю.В. Желтов, Ю.П. Желтов, С.А. Жданов, С.Н. Закиров, А.П. Крылов, М. М. Кусаков, В.И. Кудинов, В.Д. Лысенко, Р.И. Медведский, А.Х. Мирзаджанзаде, И.Т. Мищенко, H.H. Михайлов, Р.Х. Муслимов, В.П. Меркулов, А.Н. Мохель, В.Ф. Перепеличенко, В.Т. Питкевич, М.К. Рогачев, Б.Ф. Сазонов, М.М. Саттаров, В. П. Сонич, M.Л. Сургучев, А.П. Телков, В.П. Табаков, В.Н. Щелкачев, L. Lake, A. Turta, D. Walcott, G.I. Renard, S.D. Joshi, F.M. Giger, M.J. Economides и другие.

Основные результаты теоретических исследований и промысловых данных методов повышения эффективности разработки трудноизвлекаемых запасов нефти в низкопроницаемых неоднородных коллекторах показывают, что системы разработки с применением ГС являются наиболее эффективными и активно развивающимися в настоящее время технологиями разработки нефтяных месторождений.

Однако, несмотря на успехи в изучении этой проблемы, анализ промысловых данных эксплуатации показывает снижение фактической продуктивности ГС по сравнению с их расчетными данными (потенциалом). Это связано с недостаточно полным учетом геологических особенностей объектов разработки и техногенных процессов, протекающих в коллекторах. Это является причиной выбора нерациональных режимов работы скважин и депрессий, выше критических, что приводит к снижению добычи нефти как за счет высоких темпов снижения дебита по жидкости, так и за счет высоких темпов обводнения продукции.

Основные техногенные процессы − это процессы деформаций и облитераций коллектора в призабойной зоне добывающих скважин при увеличении эффективных давлений (увеличении депрессий). Учитывая это, физическое моделирование, заключающееся в проведении фильтрационных исследований кернового материала при различных давлениях обжима и последующая адаптация гидродинамической модели на основе полученной зависимости проницаемости от эффективного давления, является актуальным исследованием.

Исследование возможности и эффективности использования газа, водогазовых смесей в качестве рабочего агента для поддержания пластового давления в низкопроницаемых коллекторах также является актуальной задачей исследований, поскольку при разработке низкопроницаемых коллекторов отмечается сравнительно низкий коэффициент приёмистости скважин ППД, обусловленный повышенным содержанием глинистого материала в виде цемента в породах коллектора. Данные коллектора обладают способностью изменять свои фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) по причине набухания глинистой составляющей при закачке в пласт воды другого химического состава, чем пластовая вода.

Также особый интерес представляет использование нестационарного заводнения и ВГВ совместно с технологиями ГС с целью более точного определения критериев применения. Поскольку диапазон критериев применимости данных технологий очень широк.

Несмотря на достигнутые результаты, до настоящего времени недостаточно полно изучены закономерности влияния параметров указанных технологий на эффективность нефтеизвлечения в различных геолого-промысловых условиях, с учетом протекающих в пласте физических процессов.

Учитывая вышеизложенное, исследование, направленное на повышение эффективности разработки указанных коллекторов месторождений Западной Сибири является актуальным.

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИЧЕСКОГО И ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Анализ геологического строения и разработки низкопроницаемого неоднородного коллектора исследуемого месторождения

Общие положения

По данным Министерства природных ресурсов и экологии, извлекаемые запасы нефти в России к началу 2016 г. по категории А+В+С₁+С₂ составили, примерно, 20 млрд. т. В разработку введено приблизительно 55 %, из них 42 % − это традиционные запасы и 13 % − трудноизвлекаемые запасы. Однако, несмотря на прирост запасов, который наблюдается в последние 10 лет (рисунок 1.1), текущие извлекаемые запасы по категориям А+В+С₁ в 2014 г. снизились в сравнении с показателем 1993 г. на 475 млн. т [116]. То есть, несмотря на прирост запасов, их качество существенно снижается. Многие годы интенсивно вырабатывалась лишь наиболее легко извлекаемая часть запасов нефти (наиболее эффективная с экономической точки зрения).

Растущая доля трудноизвлекаемых запасов углеводородов (ТИЗ) [97, 124, 126], приуроченных к залежам, характеризующимся сложным неоднородным геологическим строением, низкой проницаемостью, высокой вязкостью пластовой нефти, наличием тектонических разломов, активных подошвенных вод и газовых шапок, ведет к серьезным переменам в области бурения и эксплуатации, так как эффективную разработку таких коллекторов сложно проводить традиционными технологиями, применяемыми при строительстве и эксплуатации скважин.

Снижение темпов роста добычи с параллельным ростом объемов бурения и капитальных затрат также свидетельствует об ухудшении минерально-сырьевой базы [69].

Рисунок 1.1 - Динамика добычи нефти, темпов роста добычи и прироста запасов нефти в России в 1991-2015гг.

Также стоит отметить, что, начиная с 1970-х годов, в нашей стране и в мире в целом отмечается тенденция снижения количества открываемых крупных нефтяных месторождений типа Ромашкино (открыто в 1948г.); Самотлор (открыто в 1965г.), и других месторождений (рисунок 1.2.). Если раньше месторождение с запасами 50 млн. т считалось хорошим средним, то в настоящее время даже месторождения с запасами 3 млн. т считаются удачным открытием [56]. По данным Министерства природных ресурсов и экологии, в 2005 г. на балансе ведомства было 2107 нефтяных месторождений, к 2015 г. их количество выросло на 40 %, а запасы всего на 7,6 %. За последние 40 лет средние запасы открываемых нефтяных месторождений в России снизились в 30 раз и составили всего 900 тыс. т. В нашей стране к крупным (гигантским) месторождениям относят месторождения с запасами нефти от 60 млн. т и выше, а к уникальным с запасами более 300 млн. т.

Развитие сырьевой базы нефтяной промышленности России зависит также от прироста извлекаемых запасов нефти на разрабатываемых месторождениях за счет более полного извлечения нефти из пластов, то есть за счет увеличения их нефтеотдачи.

Рисунок 1.2 - Динамика средних запасов новых нефтяных месторождений (категории А+В+С₁+С₂)

Применение методов увеличения нефтеотдачи пластов может существенно повлиять на развитие нефтяной промышленности, обеспечивая дополнительный прирост извлекаемых запасов и текущей добычи нефти как на разрабатываемых, так и на вновь вводимых месторождениях [49, 50].

В России проблема прироста извлекаемых запасов нефти особенно актуальна для Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции на которой располагается более 60 % всех разведанных запасов нефти, из её недр извлекается порядка 70 % всей добываемой в России нефти. Основные объемы бурения закономерно приходятся на эксплуатационное (по данным Министерства энергетики РФ более 20 млн. м в 2015 г.) и сосредоточены в Западной Сибири, по бурению доля региона составляет около 83 % [103]. Данное соотношение доказывает, что продуктивность месторождений Западной Сибири падает, а себестоимость добычи, наоборот, увеличивается. Основную часть вводимых в разработку запасов нефти составляют трудноизвлекаемые, основу которых составляют низкопроницаемые неоднородные коллектора, богатые запасами, но с ограниченными возможностями освоения, доля которых составляет не менее 80 %. Трудноизвлекаемые запасы в среднем выработаны приблизительно на 15-17 % [11].

Основными особенностями геологического строения трудноизвлекаемых запасов Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции являются высокая послойная и зональная неоднородность проницаемостных свойств коллектора, высокая расчлененность, низкая проницаемость продуктивных коллекторов, высокое содержание глинистого материала в поровом объеме (цемент, прослои, линзы).

Проблемами разработки коллекторов с трудноизвлекаемыми запасами нефти занимались и занимаются известные ученые: М.Т. Абасов, И.М. Амелин, A.A. Боксерман, JI.C. Бриллиант, Ю.П. Борисов, Ю.Е. Батурин, Г.Г. Вахитов, А.Т. Горбунов, А.И. Пономарев, Н. С. Гудок, Р.Н. Дияшев, В.Е. Андреев, В.М. Добрынин, H.A. Еремин, Ю.В. Желтов, Ю.П. Желтов, С.А. Жданов, С.Н. Закиров, А.П. Крылов, М. М. Кусаков, В.И. Кудинов, В.Д. Лысенко, Р.И. Медведский, А.Х. Мирзаджанзаде, И.Т. Мищенко, H.H. Михайлов, Р.Х. Муслимов, В.П. Меркулов, А.Н. Мохель, В.Ф. Перепеличенко, В.Т. Питкевич, М.К. Рогачев, Б.Ф. Сазонов, М.М. Саттаров, В. П. Сонич, M.Л. Сургучев, А.П. Телков, В.П. Табаков, В.Н. Щелкачев, L. Lake, A. Turta, D. Walcott, G.I. Renard, S.D. Joshi, F.M. Giger, M.J. Economides и другие.

Основные результаты теоретических исследований и промысловых данных методов повышения эффективности разработки трудноизвлекаемых запасов нефти в низкопроницаемых неоднородных коллекторах показывают, что системы разработки с применением ГС являются наиболее эффективными и активно развивающимися в настоящее время технологиями разработки нефтяных месторождений.

Однако, несмотря на успехи в изучении этой проблемы, анализ промысловых данных эксплуатации показывает снижение фактической продуктивности ГС по сравнению с их расчетными данными (потенциалом). Это связано с недостаточно полным учетом геологических особенностей объектов разработки и техногенных процессов, протекающих в коллекторах. Это является причиной выбора нерациональных режимов работы скважин и депрессий, выше критических, что приводит к снижению добычи нефти как за счет высоких темпов снижения дебита по жидкости, так и за счет высоких темпов обводнения продукции.

Основные техногенные процессы − это процессы деформаций и облитераций коллектора в призабойной зоне добывающих скважин при увеличении эффективных давлений (увеличении депрессий). Учитывая это, физическое моделирование, заключающееся в проведении фильтрационных исследований кернового материала при различных давлениях обжима и последующая адаптация гидродинамической модели на основе полученной зависимости проницаемости от эффективного давления, является актуальным исследованием.

Исследование возможности и эффективности использования газа, водогазовых смесей в качестве рабочего агента для поддержания пластового давления в низкопроницаемых коллекторах также является актуальной задачей исследований, поскольку при разработке низкопроницаемых коллекторов отмечается сравнительно низкий коэффициент приёмистости скважин ППД, обусловленный повышенным содержанием глинистого материала в виде цемента в породах коллектора. Данные коллектора обладают способностью изменять свои фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) по причине набухания глинистой составляющей при закачке в пласт воды другого химического состава, чем пластовая вода.

Также особый интерес представляет использование нестационарного заводнения и ВГВ совместно с технологиями ГС с целью более точного определения критериев применения. Поскольку диапазон критериев применимости данных технологий очень широк.

Несмотря на достигнутые результаты, до настоящего времени недостаточно полно изучены закономерности влияния параметров указанных технологий на эффективность нефтеизвлечения в различных геолого-промысловых условиях, с учетом протекающих в пласте физических процессов.

Учитывая вышеизложенное, исследование, направленное на повышение эффективности разработки указанных коллекторов месторождений Западной Сибири является актуальным.