Разработка технологий по освоению нефтегазовых месторождений Эль-нор и Эль-форат на севере Ирака с применением горизонтальных скважин

Краткое описание

Содержание
Оглавление
1.1. Краткий обзор нефтяных месторождений Ирака-----------9

1.2. Основные приближенные методы определения производительности горизонтальных нефтяных скважин, вскрывших однородные

1.3. Опыт разработки нефтяных месторождений системами горизон-

Глава 2. Исследование влияния различных факторов на производительность

горизонтальных скважин----------------------------- 57

2.1.Влияния параметров пласта на производительность горизонтальных

VIVOCI-^IVXITI — — ™" — ———— — — — —мв — V..W—WW*W___W» — — —— _»*MS№»_Н___ММ» — — ———— — — — — » ^ ^

2.1.1.Толщины пласта-------------------------------59

2.1.2. Анизотропии пласта---------------------------- 60

2.1.3.Проницаемости пласта и депрессии на производительность скважины --------------------------------64

2.1 АПлощади дренирования-----------------------------64

2.2. Влияние расположения горизонтального ствола на производител-

2.3-Влияние потерь давления в горизонтальном стволе на производительность горизонтальной нефтяной скважины----------------68

2.3.1.Определение распределения забойного давления и дебита в горизонтальном стволе при отсутствии фонтанных труб------------76

2.3.2.Определение распределения забойного давления и дебита в горизонтальном стволе частично оборудованном фонтанными трубами---81

2.4 Определение критического безводного дебита горизонтальной нефтяной скважины вскрывшей залежь с подошвенной водой с применением различных методов---------------------90

2.4.1 Метод Алиева З.С.------------------------------91

2.4.2 Метод Joshi S.D.-------------------------------93

2.4.3 Метод Giger F.M.--------------------------------93

ГлаваЗ .Изучение целесообразности освоения месторождения Эль-нор с использованием горизонтальных скважин---------------------99

3.1.Теоретические основы исследования процесса фильтрации многофазных флюидов к горизонтальным скважинам---------------101

3.2.Исходные данные для построения геолого-математической модели фрагмента нефтегазового месторождения Эль-Нор------------108

3.3.Создание геолого-математических моделей фрагментов месторож-

Tlf»TJT*CT ^ТТТ.—UTVn -.___--._.——————_..—_..—.——,——_——...——.¦.««—.—«——._——»—_—_———____—_———-...—-.___ 1 ПО

3.4. Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов неоднородных пластов, вскрытых горизонтальными, вертикальными и горизонтально-наклонными скважинами--------------114

3.4.1. Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов неоднородного горизонтального пласта, вскрытого горизонталь-

ттт тVjfTi C*Xf'QCk'№VfTJЯ"КЛТЯ ——»_—_——__—«~_м.—————«..».¦•¦•—»«_«____ —*¦»_•..••• ——^w———^._^_ 1 / 1

3.4.La. Влияние длины горизонтального ствола на показатели разработки фрагмента при режиме истощения--------------------132

3.4.1.6. Влияние режима работы фрагмента на показатели разработки

при использовании горизонтальных скважин---------------133

3.4.1.в. Влияние величины критической насыщенности (порога подвижности) нефти на показатели разработки фрагмента при использовании горизонтальной скважины------------------------135

3.4.2. Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов неоднородного горизонтального пласта, вскрытого вертикальными

3.4.2.а. Влияние величины депрессии на пласт на показатели разработки

3.4.2.6. Влияние размера сетки на показатели разработки фрагмента

вертикальными скважинами---------------------------139

3.4.3-Анализ результатов расчетов показателей разработки фрагментов неоднородного горизонтального пласта, вскрытого горизонтально-

3.5. Анализ распределения пластового давления и насыщенности пористой среды при вскрытии различными типами скважин---------------143

3.5.1.а.Распределение пластового давления и насыщенности фазами при

вскрытии фрагмента пласта горизонтальными скважинами---------144

3.5.1.6. Распределение пластового давления и насыщенности пор при вскрытии фрагмента горизонтальной скважиной с поддержанием

пластового давления---------------------------------146

3.5.1.в. Распределение пластового давления и насыщенности пор при вскрытии фрагмента горизонтальной скважиной при величине порога подвижности нефти SHKr =18%--------------------------150

3.5.2. Распределение пластового давления и насыщенности пористой среды

при вскрытии фрагмента горизонтально-наклонной скважиной------153

3.5.3. Распределение пластового давления и насыщенности фазами при вскрытии фрагмента вертикальной скважиной----------------155

3.6. Распределение забойного давления вдоль горизонтальных стволов-----158

Список использованной литературы---------------------------164

5

Введение Общая характеристика работы
Введение

Актуальность работы. Ирак является второй в мире страной по запасам нефти. Доказанные запасы нефти на 01.01.2004г оцениваются в размере 16,47 млрд.т., а газа - 3,1 трил.нм3. Вероятные запасы нефти Ирака оцениваются в 32,4 млрд.т. По отношению к мировым запасам запасы Ирака на 01.01.2004г составляет 9,1% нефти и 1,8% газа. К настоящему времени в стране открыто более 100 месторождений нефти и газа с различными запасами. В разработке находятся около 20 месторождений с числом добывающих скважин 1685ед. Этот фонд обеспечивал средне суточную добычу нефти на 2003г в количестве 282,43 тыс.т. (около 74 млн.т. в год)

Основным способом разработки наиболее крупных нефтяных месторождений Ирака является заводнение (как естественный водонапорный режим, так и искусственный) с применением вертикальных скважин.

Месторождения (Киркук, Джамбур, Эль-форат, Эль-нор и др.)на севере Ирака характеризуются наличием сложнопостроенными коллекторами, трещиноватостью пород, неоднородностью и анизотропией пласта. В процессе эксплуатации вертикальных скважин происходит образование конуса воды и газа. Нефть отличается высокой вязкостью, в ряде случаев превышающим 15 мПа.с и плотностью превышающей 900 кг/м3. Эти свойства нефти приводят к значительному снижению дебита нефтяных скважин.

Мировая практика разработки нефтяных и газонефтяных месторождений и опыт России показывают, что одним из перспективных направлений разработки таких залежей нефти является использование горизонтальных скважин, которые позволяют в значительной степени увеличить нефтеизвлечение. Характеристики продуктивных пластов и свойства флюидов многих месторождений Ирака идентичны общепризнанным критериям

6

применения этой технологии в мире, но национальная нефтяная промышленность в настоящее время (до начала работы над этой диссертацией) не располагает достаточным опытом в области данной технологии. Поэтому для Ирака применение горизонтальных скважин является одной из актуальных задач.

Целью диссертационной работы является определение эффективности применения горизонтальных скважин в процессе разработки нефтегазовых месторождения Эль-Нор и Эль-форат путем сравнения полученных результатов при вскрытии пласта горизонтальными, горизонтально-наклонными и вертикальными скважинами. Выбор конструкции горизонтальных скважин при разработке месторождения на режиме истощения и с поддержанием пластового давления путем закачки воды. Обоснование конструкции горизонтальных скважин приближенными методами на примере фрагмента нефтяного месторождения Эль-форат с учетом влияния на их производительность геологических, технологических и технических факторов. Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1. Произведен анализ и сравнены результаты расчетов дебита горизонтальной скважины с применением различных приближенных аналитических методов, на примере нефтяного месторождения Эль-форат.

2. Установлено влияние параметров пласта, расположения горизонтального ствола и потерь давления на горизонтальном участке на производительность горизонтальной скважины;

3. Определены предельно-безводные дебиты горизонтальных нефтяных скважин, вскрывших залежь с подошвенной водой.

4. Произведен анализ .показателей прогнозирования разработки фрагмента нефтегазового месторождения Эль-Нор горизонтальной скважиной с учетом влияния различных параметров на их производительность ( длины

7

ствола, величены критической насыщенности нефти и режима работы фрагмента).

5. Установлена эффективность применения различных типов скважин (горизонтальных, горизонтально-наклонных и вертикальных), вскрывших фрагмент месторождения Эль-Нор, путем сравнения полученных результатов для обоснования и выбора типа и конструкции скважин.

6. Установлен характер зависимости влияния разработки фрагмента месторождения Эль-Нор на распределение водоносыщенности и пластового давления продуктивных пропластков, вскрытых различными типами скважин на режиме истощения и с поддержанием пластового давления.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались аналитические и численные методы, основанные на системе уравнений многомерной многофазной нестационарной фильтрации в анизотропной и неоднородной по толщине залежи. Научная новизна диссертации заключается:

1. В оценке критериев применения горизонтальных скважин при разработке месторождений Ирака;

2. Обосновании с использованием аналитических методов устойчивого безводного технологического режима эксплуатации горизонтальных нефтяных скважин на примере месторождения Эль-форат.

3. Установлении характера влияния потерь давления вдоль горизонтального ствола на производительность горизонтальной скважины при наличии и отсутствии фонтанных труб в горизонтальном участке ствола на примере месторождения Эль-форат.

4. Установлении эффективности применения различных типов скважин (горизонтальных, горизонтально-наклонных и вертикальных) путем сравнения показателей разработки на примере фрагмента многообъектной

8

залежи Эль-нор, с использованием численных методов на геолого-математических моделях. Практическая ценность.

Развитие возможностей применения горизонтальных скважин для повышения нефтеотдачи на месторождениях Ирака. Апробация работы и публикации.

Основные положения работы доложены на:

- IV международном семинаре " Горизонтальные скважины ", Москва, 2004 г.

- 6-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, 2005 г.

По теме диссертации опубликовано 4 статьи.

Автор выражает сердечную благодарность своему научному руководителю проф. Алиеву 3. С. за постоянную помощь, внимание и поддержку при выполнении работы. Автор благодарен проф. Сомову Б.Е. за научные консультации и помощь при выполнении математических экспериментов на моделях фрагментов месторождений с различными геологическими характеристиками.

Автор благодарен заведующему кафедрой разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, проф. Басниеву К.С., преподавателям и сотрудникам кафедры за помощь при выполнении диссертации.

9

Глава-1 1.1. Краткий обзор нефтяных месторождений Ирака

Ирак находится в юге - западной части Азии, его площадь составляет 434900 км2, население около 24 млн. человек. Ирак является второй в мире страной по запасам нефти, доказанные запасы нефти на 01.01.2004т оцениваются в размере 16,47 млрд.т., а газа — 3,1 трил.нм3, а вероятные запасы нефти оцениваются в 32,4 млрд.т[107]. По отношению к мировым запасам на 01.01.2004г это составляет 9,1% нефти и 1,8% газа. К настоящему времени в стране открыто более 100 месторождений нефти и газа с различными запасами. В разработке сейчас находятся около 20 месторождений с числом добывающих скважин в количестве 1685шт. Этот фонд обеспечивает среднее суточную добычу нефти на 2003г в количестве 182,43 тыс.т. (около 66,6 млн. т. в год) [107].

На территории Ирака первое нефтяное месторождение промышленного значения было открыто на площади Нефтхана в 1923 г. в карбонатной толще свиты кальхур. В 1927 - 1930 гг. в этой области было открыто месторождение Киркук, оказавшееся одним из крупнейших месторождений не только Среднего Востока, но и всего мира. В последующие годы новые нефтяные месторождения открывались как на рассматриваемой территории Северного Ирака (Айн-Зала,Бутма, Бай-Гассан, Джамбур, и др.), и так и в южной части страны (Зубейр,Румейла,и др.)(см.рис.1) [8].

Разведочные и поисковые работы в Ираке сначала осуществлялись зарубежными нефтяными компаниями. В 1964г была организована национальная нефтяная компания, которой правительство передало большую часть концессионных площадей принадлежавших иностранным компаниям. В 1972г Ирак национализировал все остальные нефтяные компании, работавшие в стране. Месторождения Южного Ирака в геотектоническом отношении находиться в пределах Аравийской платформы. Нефтяные месторождения

10

северного Ирака расположены в пределах Месопотамской предгорной впадины.

В северном Ираке основные продуктивные горизонты приурочены к карбонатной свите кальхур. Здесь эта толща объединяет отложения среднего и верхнего эоцена, олигоцена и нижнего миоцена. Залежи нефти обнаружены в отложениях мелового возраста - в карбонатных породах свиты Щираннон, Камчука и Масстрихта. В разрезе южной части страны представлены как известняки (свиты Хасиб, Мещриф, Мауддуд и др.), так и терригенные отложения (свита Нахр-умар — песчаник с прослоями

известняков, Зубейр - песчаники).

Общая характеристика продуктивных горизонтов наиболее крупных

месторождений Ирака приведена в табл.1.1 [61], [62], [63], [77]. Наибольшое число залежей нефти в Ираке приурочено к известнякам, т.е. к сложнопостроенным коллекторам. По литологической характеристике продуктивные пласты представлены известняками мергелистыми, рифогенными, доломитизированными и глинистыми. Глубина залегания залежей нефти различная и составляет от 200 до 4031м.

В северной части Ирака продуктивные пласты представлены ^' известняками свит Киркук, Джеддала, Шираниш, Кометан и Камшчука, в

северо-западной части - известняками свит Евфрат, Шираниш и Курачине. В разрезе южной части страны представлены как известняки (свиты Хасиб, Мещриф, Мауддуд и др.), так и терригенные отложения (свита Нахр-умар - песчаник с прослоями известняков, Зубейр - песчаники).

Из представленных данных по литолого-стратиграфическому строению разреза следует, что в направлении с севера на юг известняки замещаются на терригенные отложения. На юге страны наиболее крупные залежи нефти приурочены к терригенным коллекторам.

Месторождения севера Ирака связаны с длинными узкими антиклиналями иногда значительных размеров. При этом углы наклона пластов увеличиваются

11

в направлении с северо-востока на юго-запад. Такой структурой характеризуются залежи нефти месторождений Киркук, Бай-Гассан, Джамбур, Нефт-Хана и др. Самым крупным нефтяным месторождением этого района является Киркук.

Продуктивные пласты нефтяных месторождений северо-запада Ирака (Айн-Зала, Бутма и др.) представлены относительно плотными породами (известняки) нижнего миоцена. Структуры являются симметричными складками с довольно крутыми крыльями, оси которых имеют субширотное направление. В сводах брахиантиклиналей соленосная толща нижнего Фарса отсутствует вследствие эрозии и поэтому известняки оказались непродуктивными. Залежи нефти приурочены к более глубоким отложениям — известнякам свиты Шираниш.

Перспективной в плане нефтеносности является и центральная часть Ирака. Здесь выделяется совокупность антиклинальных складок. В этом районе уже открыт ряд нефтяных месторождений (Восточный Багдад, Балад, Тикрит и др.).

Месторождения южной части Ирака (Румейла, Нахр-Умар, Ратауй, Зубейр, Лухейс, Сиба, Туба, и др.) отличается от месторождений северной и центральной частей. В первую очередь отличается тип коллектора. Он в большей части является терригенным. Кроме того, крылья структур характеризуются меньшими углами падения (единицы градуса). Самым крупным нефтяным месторождением этого района является Румейла. Схема распространения наиболее крупных нефтяных месторождений на территории Ирака приведена на (рис. 1.1).

На 01.01.2001г в разработке находилось 20 нефтяных месторождений. Общая характеристика ряда существующих и действующих (где указано число добывающих скважин) месторождений Ирака дана в таб. 1.2 [77]

, [109]. Из таб. 1.2 видно, что основными производителями легкой нефти в стране являются месторождения Киркук (337 скважин), Румейла (663

12

скважин), Зубейр (127 скважин), Бай-Гассан (89 скважин), Джамбур (50 скважин) (всего 24 объекта разработки). Тяжелую нефть (с плотностью более 900 кг/м3) добывают на месторождениях Абу-Граб, Балад, Гайара, Бузурган, Восточный Багдад и др. (всего 15 месторождений). Фонд добывающих скважин на 01.12.2003 составил 1685 вертикальных скважин. Средняя суточная добыча нефти по стране в 2003г составляла 202,7 тыс.т, что соответствует годовому отбору в количестве 74 млн.т. Указанное количество нефти несколько меньше, чем за 2002г (320,2 тыс.т и 116,6 млн.т

соответственно) [109].

К 2000г. на территории Ирака не была пробурено ни одной

горизонтальной скважины, большинство добывающих скважин являются вертикальными, реже наклонно направлениями.

Нефтяные месторождение Ирака, характеризуются наличием сложнопостроенных коллекторов, высокотвердых трещиноватых пород особенно на территории Северного (Киркук, Гайара и др.) и центрального Ирака (Восточный Багдад). Образование конусов воды и газа при эксплуатации вертикальных скважин одно из сложных проблем для извлечения ресурсов месторождения нефти, это приводит к значительному снижению "' дебита нефти, так как несколько месторождений Ирака имеют слоистую

неоднородную структуру и содержат высоковязкую нефть. Наиболее перспективным является использование горизонтальных скважин, которые позволяют в значительной степени увеличивать нефтеизвлечения, что подтверждается мировой практикой разработки нефтяных месторождений и опытом разработки в России.

Мировая практика разработки нефтяных месторождений и опыт России показывают, что одним из перспективных направлений разработки таких коллекторов является использование горизонтальных скважин, которые позволяют в значительной степени увеличивать нефтеизвлечения.

Национальная нефтяная промышленность в настоящее время не располагает

13

достаточным опытом в области практики данной технологии. Поэтому определение эффективности применения горизонтальных скважин на моделях фрагментов месторождения Эль-нор и Эль-форат на севере Ирака с учетом влияния многочисленных параметров пласта и насыщающих их флюидов является предметом исследования диссертационной работы.

1.2- Основные приближенные методы определения производительности горизонтальных нефтяных скважин, вскрывших однородные анизотропные пласты

Разработка нефтяных и газовых месторождений горизонтальными скважинами является приоритетным направлением научно- технического прогресса в нефтегазодобывающей отрасли и считается революционной технологией XXI века. В мировой практике технология горизонтального бурения обусловливает успешную разработку нефтяных и нефтегазовых месторождений и существенно улучшает экономические показатели [20], [48],

[83], [99].

Горизонтальные скважины могут быть использованы эффективно на

любом этапе разработки залежи. Оценка эффективности использования

горизонтальных скважин при освоении нефтяных или нефтегазовых

месторождений основана на определении производительности таких скважин. Для решения задачи по определению производительности горизонтальной

нефтяной скважины, были использованы два основных направления научных

исследований:

1-Аналитические методы, полученные для однородных, изотропных и анизотропных пластов, вскрытых горизонтальными скважинами.

2-Численные методы путем создания геолого—математических моделей фрагментов неоднородных многослойных анизотропных залежей, проведение математических экспериментов с последующей обработкой и сравнением полученных результатов с использованными при моделировании данными.

14

Рис. 1.1. Карта расположения нефтяных месторождений Ирака. 1- Айн-Зала, 2- Бутма, 3- Алан, 4- Ибрагим, 5- Кайяра, 6- Неджма, 7-Касаб, 8- Джаван, 9- Демир-Даг, 10- Киркук, 11- Бай-Гассан, 12-Химрин, 13- Джамбур, 14-Пулхана, 15- Кор-Мор, 16- Чемчемал, 17-Инжана, 18- Гилабат, 19- Нафт-Хана, 20- Самава, 21- Абу-Граб, 22-Бузурган, 23- Ратауй, 24- Нахр-Умар, 25- Лухейс, 26- Рачи, 27- Румейла, 28- Туба, 29- Зубайр, 30- Сиба, 31- Балад, 32- Вост.Багдад, 33- Тикрит.28-Туба, 29- Зубайр, 30- Сиба, 31- Балад, 32- Вост.Багдад, 33- Тикрит.

Таб.1 .1. Общая характеристика продуктивных горизонтов месторождений Ирака.

NN n/n Месторождение Возраст Продуктивный горизонт Тип коллектора Глубина залегания, м Характеристика коллектора

Толщина m % К мкм2

1 Айн-Зала Поздний мел Шираниш Известняки мергелистые 1554-1630

2 Бутма Поздний мел Шираниш Известняки мергелистые 1158-1207

3 Алан Поздний триас Курачине Кавернозные доломиты 2442 2822 100-220 5-13 -----

4 Ибрагим Поздний триас Курачине Кавернозные доломиты 3078-3134

5 Кайяра Ранний миоцен Евфрат Известняки рифогенные Известняки 350 800-900 50-300 10-35 0-1,0

Поздний мел Харта

6 Неджма Ранний миоцен Евфрат Известняки рифогенные

7 Касаб Поздний миоцен Евфрат Известняки

8 Джаван Поздний миоцен Евфрат Известняки

9 Демир-Даг Ранний эоцен-палеоцен Поздний мел Синджар Известняки 1116-1150 1594-1610

10 Киркук Ран. миоцен- олигоцен Киркук Известняки рифогенные 305-1070 350 8-36 ДО 20 0-1,0 -1,0

Эоцен-палеоцен Джаддала Известняки

Поздний мел Шираниш Кометан Камчука Известняки мергелистые 925-1500 100-400

Известняки мергелистые Известняки рифогенные

про д о л ж е н и t ? таблицы 1.1

NN n/n Месторождение Возраст Продуктивный горизонт Тип коллектора Глубина залегания, м Характеристика коллектора

Толщина м m % К мкм2

11 Бай-ссан Ран. миоцен-олигоцен Киркук Известняки рифогенные 1280-1524 20 0,2

Поздний мел Шираниш Известняки мергелистые 1311-1430 ----

Ранний мел Верхняя камчука Известняки рифогенные 1929-1974

12 Химрин Ранний миоцен Сериканьи Известняки 573-582

13 Джамбур Ран. миоцен-олигоцен Джерибе, Евфрат Известняки рифогенные 350 15-35 0,05-1,0

14 Пулхана Ранний миоцен Сериканьи Известняки 1215-1245 -----

Поздний мел Шираниш Известняки мергелистые 1637-1650

15 Кор-Мор Ранний миоцен Джерибе Изв.доломитизированные 1931-1980

16 Чемчемал Сред.миоцен Пиласпи Известняки 1824-2097

17 Инжина Поздний мел Шираниш Известняки 1979-2018

Поздний мел Кометан Известняки мергелистые 3111-3118

18 Гилабат Средний миоцен Верхний фарс Песчаники 1360-1395

19 Нафт- Хана Ран. миоцен-олигоцен Кальхур 1000

20 Самава Ранний мел Ратауй Известняки и глины 2469

Поздний юра Наджма 2634

Продолжениетаблицы 1.1

NN n/n Месторождение Возраст Продуктивный горизонт Тип коллектора Глубина залегания, м Характеристика коллектора

Толщина м m % К мкм2

21 Абу-Граб Ран. миоцен-олигоцен Асмари 2837

22 Бузурган Поздний мел Мишриф Известняки 3884

23 Ратауй Поздний мел Мишриф Известняки 2148

Ранний мел Нахр-умар Песчаники и известняки 2622

24 Нахр-умар Ранний мел Нахр-умар Песчаники и известняки 2482-2496

25 Лухейс Ранний мел Нахр-умар Песчаники и известняки 2571

Ранний мел Зубейр Песчаники и глины 2801

26 Рачи Ранний мел Нахр-умар Песчаники и известняки 2714

27 Румейла Поздний мел Мишриф Известняки 2286 3048 ----- 25 до 1,0

Ранний мел Зубейр Неплотные песчаники

28 Туба Поздний мел Мишриф Известняки 2404

Ранний мел Зубейр Песчаники и глины 3247

29 Зубейр Поздний мел Мишриф Известняки 2286 0,25-6,0

Ранний мел Зубейр Неплотные песчаники 3230 40-310 20-25

30 Сиба Ранний мел Зубейр Песчаники и глины 3584-3603

Ранний мел — юра Ямама Известняки 4031

Список литературы