Повышение эффективности разработки залежей нефти с трудноизвлекаемыми запасами

Краткое описание

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОСОБЕННОСТЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 12

1.1 Общая геологическая характеристика нефтяных 12 месторождений

1.2 Геолого-промысловые классификации месторождений и 21 залежей нефти

1.3 Оценка нефтеизвлечения заводняемых участков 29 Ромашкинского месторождения

1.4 Состояние выработки продуктивных пластов на поздней 33 стадии разработки

2 ПРИМЕНЯЕМЫЕ СПОСОБЫ И ТЕХНОЛОГИИ 40 РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

2.1 Освоение малоэффективных месторождений склонов 40 Татарского свода

2.2 Месторождения северо-западного и западного склонов 48 Южно- Татарского свода

2.3 Месторождения нефти восточного борта Мелекесской 52 впадины

2.4 Месторождения нефти юго-восточного склона Татарского 60 свода

2.5 Ромашкинское нефтяное месторождение 66

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛОТНОСТИ СЕТКИ 74

СКВАЖИН НА ПРОЦЕСС ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ ВОДОЙ

3.1 Основные методы и общие результаты оценки влияния 74 плотности сетки скважин на нефтеизвлечение по геолого-промысловым данным

3.2 Исследование влияния плотности сетки скважин на текущий 78 коэффициент нефтеизвлечения методом многофакторного корреляционного анализа

3.3 Определение зависимости нефтеизвлечения от плотности 82 сетки скважин по динамике технологических показателей

3.3.1 Методика исследования 82

3.3.2 Влияние плотности сетки скважин на коэффициент g4 нефтеизвлечения.

3.4 Методика определения параметров зависимости влияния плотности сетки скважин на нефтеизвлечение

3.5 Обобщение результатов эксперимента по определению 90 влияния плотности сетки скважин на нефтеизвлечение на Бавлинском месторождении.

4. СОЗДАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ 96

РАЗРАБОТКИ ПО ВЫРАБОТКЕ ЗАПАСОВ НЕФТИ В МАЛОПРОДУКТИВНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ

4.1 Краткие геолого-физические условия разработки нефтяных 96 месторождений в терригенных коллекторах

4.2 Анализ работы малопродуктивных пластов 99

4.2.1 Характеристика пластов многопластового объекта девона, 99 неохваченных воздействием в условиях их совместной разработки

4.2.2 Анализ работы скважин, вскрывших малопродуктивные 104 коллектора

4.2.3 Влияние расстояния между скважинами на эффективность 111 подключения в разработку малопродуктивных коллекторов

на опытном участке Альметьевской площади

4.3 Обобщение результатов внедрения мероприятий по 113 вовлечению в разработку запасов нефти в слабопроницаемых коллекторах

4.3.1 Опытный участок Альметьевской площади Ромашкинского ИЗ месторождения

4.3.2 Опытный участок Азнакаевской площади 136

4.3.3 Опытный участок Абдрахмановской площади по выработке 140 запасов слабопроницаемых коллекторов пласта "а"

4.3.4. Анализ работы опытного участка по выработке 145 слабопроницаемых коллекторов Карамалинской площади

4.3.5 Анализ работы опытного участка высокого давления УЭЦП- 150 6221а по выработке слабопроницаемых коллекторов Западно-Лениногорской площади

4.3.6 Анализ работы опытного участка Восточно-Лениногорской 153 площади по выработке слабопроницаемых коллекторов

4.3.7 Анализ работы опытного участка Южной площади по 155 выработке слабопроницаемых коллекторов

4.4 Технология вовлечения малопродуктивных пластов на 158

залежах с зонально-неоднородными пластами

5 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ 165

ВОДОНЕФТЯНЫХ ЗОН

5.1 Эффективность разработки водонефтяных зон по залежам 165 нефти в девонских отложениях.

5.2 Исследование эффективности разработки водонефтяных зон 168 на залежах нефти с повышенной вязкостью нефти

5.3 Технология разработки водонефтяной залежи с 176 использованием сил гравитации

5.4 Эксплуатация нефтяного месторождения на поздней стадии. 181

6. СОЗДАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ 187

РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ В КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ

6.1 Особенности разработки залежей нефти в карбонатных 187 коллекторах

6.1.1 Краткая геолого-физическая характеристика нефтяных 187 залежей в карбонатных коллекторах

6.1.2 Влияние трещиноватости на дебиты скважин и 189 нефтеизвлечение

6.1.3 Технология разработки нефтяного месторождения с 193 разнопроницаемыми коллекторами, разделенными непроницаемым разделом

6.2 Результаты опытно-промышленных работ по созданию 197 эффективной технологии разработки залежей нефти в карбонатных коллекторах

6.2.1 Опытные участки верейского горизонта 198

6.2.2 Участки на залежах нефти башкирского яруса среднего 199 карбона

6.3 Совершенствование систем разработки залежей нефти в 204 карбонатных коллекторах

6.3.1 Повышение продуктивности карбонатных коллекторов. 204

6.3.2 Системные обработки призабойной зоны скважин 205

6.3.3 Разработка послойно-неоднородных нефтяных залежей при 206 веерообразном их разбуривании системой горизонтальных скважин

6.3.4 Технология повышения дебита горизонтальных скважин за 209 счет приближения фронта нагнетания к зоне отбора

6.4 Влияние плотности сетки скважин на нефтеизвлечение по 213 залежам нефти в карбонатных коллекторах

6.4.1 Геолого-промысовая классификация залежей нефти в 213 карбонатных коллекторах

6.4.2 Влияние плотности сетки скважин на нефтеизвлечение по 217 залежам нефти в карбонатных коллекторах

6.5 Особенности применения различных методов повышения 224 нефтеизвлечения пластов и способов разработки залежей нефти в карбонатных коллекторах

6.5.1 Применение методов повышения нефтеизвлечения пластов 224

6.5.2 Разработка нефтяного месторождения в карбонатных 225 коллекторах трещинно-кавернозного типа

7. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ НА 231

ЗАЛЕЖАХ С ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТЬЮ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАВОДНЕНИЯ

7.1 Состояние разработки залежей с высоковязкой нефтью 231

7.2 Регулирование процесса вытеснения на залежах с 234 высоковязкой нефтью

7.3 Регулирование фильтрационными потоками на залежах 237 нефти с высоковязкой нефтью

7.4 Программное циклическое воздействие на залежи с 243 высоковязкой нефтью

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 246

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 250
Введение

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

В нефтяной промышленности происходит качественное ухудшение сырьевой базы. Основные разрабатываемые месторождения Западной Сибири, Урала и Поволжья вышли на поздние стадии разработки с падающей добычей нефти. Выработка их запасов превышает 50%, а доля трудноизвлекаемых - увеличилась до 55-60%. С начала разработки нефтяных месторождений Татарстана отобрано свыше 78% начальных извлекаемых запасов. Ускоренными темпами вырабатываются активные запасы легких девонских нефтей при одновременном повышении из года в год доли трудноизвлекаемых запасов. Так, в Татарстане отобрано 92,9 % активных и 45,4% трудноизвлекаемых запасов нефти. Высокая опоискованность территории республики делает ограниченной возможность открытия новых запасов. В то же время увеличение коэффициента нефтеизвлечения только на 1% может обеспечить трех- пятилетнюю годовую добычу нефти, что указывает на важность и необходимость проведения научных исследований по проблемам увеличения коэффициента нефтеизвлечения и развертывания работ по промышленному внедрению технологий, направленных на решение этих вопросов.

Существенным резервом нефтедобычи может явиться ввод в активную разработку так называемых малоэффективных залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти. Однако их разработка лишь с применением традиционных методов характеризуется в настоящее время достаточно низкими технико-экономическими показателями и явно неудовлетворительном коэффициенте нефтеизвлечения.

Значительное разнообразие особенностей геологического строения нефтяных месторождений не дает возможности использовать единый универсальный способ или технологию разработки нефтяных месторождений. Решение проблемы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений

связано с прогнозированием и предотвращением причин формирования труд-ноизвлекаемой остаточной нефти в различных геолого-физических условиях и стадиях эксплуатации месторождения. Выявление механизма достижения высоких значений коэффициентов вытеснения и охвата дренированием продуктивных отложений с созданием на этой основе новых технологий является одной из наиболее актуальных задачей, направленных на повышение эффективности разработки нефтяных месторождений.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в исследовании, научном обосновании и создании перспективных технологий разработки нефтяных месторождений, характеризующихся различными горно-геологическими условиями и стадиями эксплуатации залежей нефти.

Задачи исследований:

1. Выявление особенностей геологического строения и структуры остаточных запасов, влияющих на выбор адаптированных систем разработки в различных геолого-физических условиях.

2. Количественная оценка остаточных запасов в водонефтяных зонах с незначительной нефтенасыщенной толщиной, слабопроницаемых коллекторах и маломощных пластах и изучение их характеристики для совершенствования систем разработки и создания новых технологий как для условий терригенных, так и карбонатных коллекторов.

3. Изучение влияния плотности сетки скважин на коэффициент конечного неф-теизвлечения для различных типов коллекторов. Разработка методики определения зависимости влияния плотности сетки скважин на коэффициент нефте-извлечения.

4. Геолого-технологический анализ совместной разработки слабопроницаемых пластов в условиях их вскрытия общим фильтром с высокопродуктивными и раздельно; изучение выработки запасов при проведении опытно-промышленных работ.

5. Исследование особенностей вытеснения нефти в залежах нефти, сложенных трещиноватыми карбонатными коллекторами массивного типа.

6. Оценка степени влияния соотношения нефтенасыщенной и водонасыщенной толщин пласта на нефтеизвлечение и конечный водонефтяной фактор. Разработка методики планирования технологического процесса эксплуатации высо-кообводненных скважин с использованием сил гравитации.

7. Исследование особенностей процесса вытеснения нефти водой на залежах нефти с высоковязкой нефтью в условиях остановки малорентабельных добывающих скважин.

8. Разработка новых технологий для обеспечения полноты выработки трудно-извлекаемых запасов по месторождениям с различными горно-геологическими условиями.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. Составлена классификация нефтяных месторождений по геолого-промысловым параметрам залежей нефти. Выделены близкие по геолого-физическим характеристикам объекты разработки, что позволяет выявить и распространить результаты опытно-промышленных работ в них на однотипные объекты, намеченные к вводу в разработку.

2. Установлена зависимость влияния плотности сетки скважин на нефтеизвлечение для различных геолого-физических условий разработки. Создана методика определения параметров зависимости нефтеизвлечения от плотности сетки скважин.

3. Выявлено влияние основных элементов системы разработки на особенности вытеснения нефти водой в слабопроницаемых терригенных и трещиноватых карбонатных коллекторах.

4. Научно обоснованы новые технологии активной разработки трудноиз-влекаемых запасов нефти в условиях месторождений, характеризующихся различными горно-геологическими особенностями строения объекта.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Методика оценки влияния плотности сетки скважин на нефтеизвлече-ние.

2. Методические положения по эффективной разработке залежей нефти в карбонатных коллекторах массивного типа, в слабопроницаемых терригенных коллекторах и водонефтяных зонах.

3. Комплекс мероприятий по выработке остаточных запасов в различных горно - геологических условиях эксплуатации нефтяных месторождений.

4. Новые технологии разработки залежей для извлечения остаточных запасов нефти.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1. Предложены и реализованы комплексные системы обеспечения полноты выработки различных групп трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья из слабопроницаемых терригенных и сложнопостроенных карбонатных коллекторов, водонефтяных зон и залежей высоковязких нефтей.

2. Предложены и внедрены усовершенствованные технологии отбора запасов нефти водонефтяных зон (ВНЗ) из прикровельной части пласта и залежей массивного типа.

3. Создана методика количественного определения параметров нефте-извлечения в зависимости от плотности сетки скважин.

4. Разработана методика планирования технологического процесса эксплуатации высокообводненных скважин с использованием сил гравитации на залежах нефти с подошвенной водой.

5. Предложен способ разработки нефтяных месторождений заводнением и определены условия, при которых отключение высокообводненных скважин не приводит к прорывам воды в окружающие добывающие скважины.

6. Созданы новые технологии для активной выработки трудноизвлекае-мых запасов нефти в различных горно-геологических условиях и обоснованы области их эффективного применения.

7. Предложенные в работе способы и технологии использованы при составлении технологических схем и проектов разработки месторождений ОАО «Татнефть».

8. Результаты и рекомендации диссертационной работы внедрены в таких нефтедобывающих управлениях ОАО «Татнефть», как Бавлынефть, Лени-ногорскнефть, Джалильнефть, Заинскнефть, Ямашнефть и др.

В процессе реализации комплексной системы обеспечения полноты выработки запасов нефти из сложнопостроенных карбонатных коллекторов (Патент № 121058 «Способ разработки нефтяного месторождения») на 25 участках кизеловского горизонта Бавлинского месторождения дополнительно добыто 93 тыс. т. нефти. Предложен и реализован способ разработки нефтяной залежи с подошвенной водой. В результате его внедрения на скважинах в течение 2001-2003 гг. было дополнительно добыто 137 тыс. т. нефти.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены на заседаниях Ученого Совета ТатНИПИнефть, технико-экономического Совета ОАО «Татнефть», а также на российских и международных семинарах, выставках, конференциях и симпозиумах: конференции по добыче и переработке тяжелых нефтей (г. Дагомыс, 1993 г.); международной конференции по проблемам комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов (г. Казань, 1994 г.); семинаре-дискуссии «О концепции развития методов увеличения нефтеизвлечения (г. Бугульма, 1996 г.); республиканской научно-практической конференции "Проблемы разработки нефтяных месторождений и подготовки специалистов в ВУЗе" (г. Альметьевск, 1996 г.); конференции "Системный анализ процессов разработки нефтяных месторождений и транс-

10

порта нефти и нефтепродуктов" (г. Уфа, 1996 г.); VI Международной специализированной выставке «Нефть, газ — 99»; научно-практической конференции «Высоковязкие нефти, природные битумы и остаточные нефти разрабатываемых месторождений» (г. Казань, 1999 г.); втором международном симпозиуме «Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы их освоения» (г.Санкт-Петербург,1997 г.); научно-практических конференциях, посвященных 50-летию открытия девонской нефти Ромашкинского месторождения и других крупных месторождений Волго-Камского региона (г. Бугульма, 25-26 ноября 1997 года; г. Казань, 18-19 декабря 1997 года; г. Лениногорск,17-18марта 1998 года); Всероссийском совещании по разработке нефтяных месторождений (г. Альметьевск, 2000 г.); Европейской нефтяной конференции в Париже 24-25 октября 2000 г.; Российско-Иранской Международной конференции «Техника и технология. Сотрудничество: состояние и перспективы» (г. Тегеран, 2001 г.); заседании Центральной комиссии по разработке нефтяных месторождений (г. Москва, 12 марта 2003 г.).

СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 203 наименований. Объем работы составляет 268 страниц, в том числе 51 рисунок, 57 таблиц.

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертации изложено в трех монографиях, тематическом обзоре, шести руководящих документах, статьях, патентах.

Автор благодарен сотрудникам ОАО «Татнефть» и, особенно, коллегам по работе в институте «ТатНИПИнефть», за плодотворное сотрудничество и внимание к работе.

11

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСОБЕННОСТЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

1.1. Общая геологическая характеристика нефтяных месторождений

Все открытые залежи нефти приурочены к землям юго-востока Татарстана. Они залегают на глубинах от 60 до 2000 м. Выше по разрезу, на глубинах от 600 м до дневной поверхности, обнаружено более 100 месторождений битумов, приуроченных практически ко всем площадям Закамья республики [106].

Нефтяные ресурсы республики характеризуются следующими особенностями:

1. Высокой концентрацией запасов на небольшом числе месторождений. Всего 15 % месторождений содержат около 94% всех выявленных запасов нефти.

2. Наличием большого числа мелких и очень мелких месторождений. В 29% мелких (с извлекаемыми запасами от 5 до 10 млн.т) месторождений содержится около 3,5 % запасов, а в 56 % очень мелких месторождений (с запасами менее 5 млн. т) - всего 2,5 % общих запасов республики.

3. Основное промышленное значение имеют залежи нефти в регионально нефтеносных комплексах, к которым приурочено около 99% всех запасов республики.

4. Основные разведанные ресурсы (82 %) сосредоточены в терригенных коллекторах, хотя доля этих залежей составляет всего 40 % общего числа открытых промышленных скоплений нефти.

К карбонатным коллекторам приурочено около 18 % разведанных запасов нефти. Но роль этих отложений существенно возрастает по мере дальнейшего развития геологоразведочных работ. Перспективных и прогнозных ресурсов Татарии на долю этих коллекторов приходится более 60 %.

5. Значительная часть запасов (48,2 %) относится к категории трудноиз-влекаемых (табл. 1.1), при применении традиционных методов разработки экс-

12

плуатирующихся невысокими темпами с низким нефтеизвлечением. Еще большее значение приобретает эта категория в перспективных и прогнозных ресурсах, где ее доля возрастает до 82 %.

Это характеристика месторождений в целом. Она включает как высокопродуктивные, так и малоэффективные месторождения.

Рис. 1.1

К высокопродуктивным относят месторождения, разработка которых традиционными методами вытеснения нефти водой (искусственный или природный водонапорный режим) осуществляется с высокими технико-экономическими показателями и сравнительно высокой (обычно более 40 -50 %) нефтеизвлечением. Это обуславливается особенностями геологического строения (большие размеры, высокая концентрация запасов, высокая продуктивность скважин, превалирующая доля активных запасов, высокие товарные качества нефтей, нефтяных газов, попутных компонентов в нефтях, газах и пластовых водах) и близостью к освоенным месторождениям.

К высокопродуктивным относятся Ромашкинское, Ново-Елховское, Бав-линское, Бондюжское, Первомайское, Елабужское, Тат. Кандызское и ряд дру-

13

гих месторождений, в которых базисными объектами являются терригенные отложения девона или карбона.

Высокая продуктивность этих объектов обусловлена особенностями геологического строения.

Породами-коллекторами в горизонтах Д] и До, в основном, являются мелко- и разнозернистые песчаники и крупнозернистые алевролиты. Макроскопически они трудно различимы, хорошо отсортированы, рыхлые, иногда трещиноватые. Все песчано-алевролитовые породы мономинеральны. Обломочный материал в основном представлен кварцем (94 — 98 %) с небольшой примесью зерен полевых шпатов, чешуек мусковита и обычным комплексом устойчивых минералов, составляющих менее 1% веса породы.

В терригенных отложениях девона преобладают высокоемкие коллекторы с пористостью 20-22 % и проницаемостью 300 - 1000-10"3 мкм2 с малым содержанием пелитовых фракций (1-5 %). Эти коллекторы насыщены легкой (плотность пластовой нефти от 796 до 820 кг/м3), газированной (газовый фактор изменяется от 40 до 70 м3/т), маловязкой (вязкость в пластовых условиях от 2,3 до 6,5 мПа-с) нефтью. Нефтенасыщенные толщины продуктивных горизонтов составляют от 8,8 до 27,3 м. Начальное пластовое давление в залежах - около 17,5 МПа, давление насыщения — 8 - 9,6 МПа. Нефть характеризуется значительным содержанием смолистых веществ (30 -48 %), парафина (2,7-5,3 %), сернистых соединений (1,4-2,1 %). Попутный газ богат этаном (20-30 %) и пропаном (5-20 %). Все эти особенности строения пластов и насыщающих их флюидов обуславливают высокую продуктивность залежей и высокую экономическую эффективность их разработки.

. В составе пород-коллекторов терригенного девона на месторождениях выделяются низкопродуктивные и высокопродуктивные пласты. В настоящее время, по данным исследований института «ТатНИПИнефть», выделяются породы I класса (продуктивные) и П класса (низкопродуктивные).

К I классу относятся высокоемкие, высокопроницаемые породы с прони-цаемостью выше 100-10" мкм и пористостью выше 12,5% (Ромашкинское)

14

или с проницаемостью более 200-10"3 мкм2 и пористостью более 18 % (Ново-Елховское). Ко II классу отнесены коллекторы с кондиционными значениями проницаемости от 8-10"3 мкм2 (Бондюжское) до 70-10"3 мкм2 (Ново-Елховское), пористости от 11 (Бондюжское) до 14% (Ново-Елховское), нефтенасыщенно-стью от 50 % (Ромашкинское) до 70 % (Ново-Елховское).

Малоэффективные пласты имеются и на высокопродуктивных залежах, где они залегают в виде линз различной величины, полос разной ширины или коллекторов площадного развития.

Песчаники и алевролиты мелкозернистые, хорошо отсортированы с рыхлой и весьма рыхлой укладкой, высокопористые, высокопроницаемые с небольшим (до 2-5 %) содержанием пелитовой фракции, пористость их составляет 21-28 %, проницаемость - от 100 до 2000, преобладает 500 - 100010'3 мкм2. Это основной тип пород.

15

Таблица 1.1

О\

Структура запасов нефти и ее изменения

Месторождения НБЗ Активные запасы ТБЗ Активные запасы

Трудноизвлекаемые запасы, % Трудноизвлекаемые запасы, %

всего в том числе всего в том числе

слабопрониц. терригенные коллекторы ВИЗ терригенные коллекторы повыш. и вые. категории карбонатные коллекторы слабопрониц. терригенные коллекторы ВИЗ терригенные коллекторы повыш. и высокой вязкости карбонатные коллекторы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Высокопродуктивные месторождения

Ромашкинское, 20,5 8,5 3,7 4.0 4,3 79,5 30,7 12,7 5,6 5,5 6,9 69,3

в том числе Д1 До 13,8 9,8 4 - 86,2 22,2 15.6 6,6 - 77,8