Совершенствование технологии разработки трудноизвлекаемых запасов нефти месторождений 000 \"Лукойл - Западная Сибирь\"

Краткое описание

Содержание
ВВЕДЕНИЕ...4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕММЫ И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ И РАЗРАБОТКИ ТРУДНОИЗВ ЛЕКАЕМЫХ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ...8

1.1 Основные направления развития методов увеличения

нефтеотдачи...8

1.2 Разработка залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти__14

1.3 Повышение эффективности разработки водонефтяных зон месторождений...16

1.4 Математическое и статистическое моделирование процессов разработки трудоизвлекаемых залежей нефти...17

1.4.1: Стохастические модели...17

1.4.2 Детерминированные модели...19

2. ГЕОЛОГО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ «ЛУКОЙЛ-ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ»...22

2. Г Группирование объектов методом главных компонент...22

2.2 Классификация объектов с использованием нейро-сетевого моделирования...30

2.3 Анализ эффективности методов воздействия дифференцировано по выделенным группам объектов...48

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА И ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗЕЙСТВИЯ НА МАЛОПРОДУКТИВНЫЕ

ПЛАСТЫ...55

3.1 Выбор технологии с применением МГК...55

3.2 Выбор технологий с помощью МНС...53

3.3 Усовершенствованный экспертный метод подбора технологии воздействия на пласт...61

3.4 Комплексный метод выбора технологий...65

3.5 Прогнозирование эффективности физико-химического воздействия на пласт методами математического моделирования...68

3.6 Качественная характеристика модели...79

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ

С НИЗКОПРОНИЦАЕМЫМИ И МАЛОПРОНИЦАЕМЫМИ КОЛЛЕКТОРАМИ...90

411 Исследования эффективности выработки залежей с низкопроницаемыми и маломощными коллекторами (НПМК)...:...90

4.2 Анализ рекомендуемых технологий по группе НПМК...90

4.3 Решение проблем разработки НПМК проведением гидроразрыва...92

4.4 Решение проблем разработки НПМК проведением кислотных обработок...101

4.5 Перспективы применения высокоминерализованной воды для закачки и в качестве оторочек для малопроницаемых коллекторов...119

5. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЗОН МЕСТОРОЖДЕНИЙ...125

5.1 Цели и задачи классификации исследуемых объектов ВНЗ, группирование объектов, анализ статистических связей...125

5.2 Расчет энергетических показателей', связи с законтурной областью, целесообразность проведения гидродинамических мероприятий...129

5.3 Изучение перемещения водонефтяного контакта и необходимость применения методов выравнивания профилей приемистости...137

5.4 Применение сшитых полимерных систем для повышения эффективности...140

5.5 Применение технологии акустической реабилитации скважин и пласта

(АРСиП) предназначенной для повышения нефтеотдачи пластов...142

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...144

ЛИТЕРАТУРА...146
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. На современном этапе развития нефтегазодобывающего комплекса России большинство высокопродуктивных залежей находится на поздней или заключительной стадии разработки. Проблемы увеличения нефтеотдачи и вовлечения в разработку трудноизвлекаемых запасов (ТрИЗ) нефти в настоящее время весьма актуальны, в том числе и для месторождений Западной Сибири, где удельный вес этих запасов составляет около 60 %.

В настоящее время на большинстве объектов разработки ООО «ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь» также ставится задача стабилизации добычи нефти. Продуктивные пласты в большинстве своем характеризуются высокой зональной и послойной неоднородностью, низкой 'начальной нефтенасыщенностью и проницаемостью, а также наличием обширных водонефтяных зон.

По объектам разработки накоплен значительный объем материалов по применению третичных методов увеличения нефтеотдачи. Использование ряда технологий повышения нефтеотдачи зачастую малоуспешно, что в значительной мере обусловлено недостаточной адаптацией методов к конкретным геолого-промысловым условиям. В свете назревшей необходимости их рационального применения возникла задача проведения структуризации, выявления геолого-технологической приуроченности запасов нефти ООО «ЛУКОЙЛ — Западная Сибирь» и совершенствования систем рациональной выработки остаточной запасов нефти.

Разработка водонефтяных зон вызывает целый ряд трудностей. Конечный коэффициент нефтеотдачи по большинству ВНЗ ожидается значительно ниже, чем в чисто нефтяных частях залежи, что обусловлено с

5

особыми условиями их эксплуатации, связанными с близостью водонефтяного контакта. Быстрый прорыв подошвенной воды к забоям добывающих скважин, низкие темпы отбора нефти при высокой степени обводненности добываемой продукции приводят к снижению нефтеотдачи пласта, к увеличению сроков разработки, к повышению непроизводительных затрат на добычу попутной' воды, ее транспорт и подготовку и, в конечном счете, к ухудшению технико-экономических показателей разработки в целом залежи.

Низкопроницаемые пласты; и прослои имеются и в высокопродуктивных объектах, где они залегают в виде линз различной величины, полос различной ширины или коллекторов площадного развития.

Разнообразие геологических условий залегания, физических свойств пород и нефтей как по отдельным пластам, так и в пределах площадей приводят к выводу о необходимости самостоятельного изучения всех этих объектов и иного подхода к проектированию разработки, чем в объектах средней и высокой продуктивности.

Значительный резерв повышения эффективности заключается в выборе соответствующих технологий и общей стратегии планирования применения методов воздействия на пласт. При этом следует сделать правильный выбор из существующего арсенала гидродинамических, физических и химических методов увеличения нефтеотдачи (МУН).

Цель работы: Повышение эффективности разработки трудноизвлекаемых запасов нефти месторождений ООО «ЛУКОЙЛ -Западная Сибирь» на основе комплексного применения физических, химических и гидродинамических методов. Создание обоснованной системы, определяющей комплекс геолого-технологических критериев выбора' технологий для освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья.

6

Задачи и методы исследования:

1. Провести структуризацию и дифференциацию трудноизвлекаемых запасов нефти месторождений ООО «ЛУКОЙЛ — Западная Сибирь».

2. Выполнить множественную классификацию и идентификацию объектов разработки ООО «ЛУКОЙЛ — Западная Сибирь» с помощью методов главных компонент (ГК) и искусственных нейронных сетей (ИНС). Сравнить результаты обеих классификаций и установить наиболее эффективные применяемые МУН по выделенным группам объектов.

3. Создать совмещенный из нескольких методов комплексный критерий подбора технологий освоения трудноизвлекаемых запасов нефти.

4. Разработать и провести качественный анализ гидродинамических моделей фильтрации растворов химреагентов в водонефтяных зонах нефтяных месторождений и низкопроницаемых коллекторах.

5. На основе предложенных методик рассмотреть конкретные-методы воздействия на низкопроницаемые коллекторы и водонефтяные зоны месторождений с учетом общей стратегии планирования применения методов повышения нефтеотдачи пластов (ПНП).

Научная новизна результатов, полученных в работе:

1. Впервые проведены сравнительная классификация объектов разработки месторождений ООО «ЛУКОЙЛ — Западная Сибирь» методами ГК, ИНС и дифференциация технологической эффективности применяющихся методов ПНП по выделенным группам объектов.

2. Предложены методика совместного применения методов ГК и ИНС, а также экспертных оценок для оптимального подбора методов воздействия на трудноизвлекаемые запасы нефти.Для условий ООО «ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь» разработаны гидродинамические модели фильтрации растворов химреагентов в водонефтяных зонах и в низкопроницаемых коллекторах, позволяющие прогнозировать эффективность МУН.

7

3. На основе приведенных методик предложены конкретные методы воздействия на низкопроницаемые коллекторы и водонефтяные зоны месторождений с учетом общей стратегии планирования применения методов ПНП.

Основные защищаемые положения

1. Классификация объектов разработки месторождений ООО «ЛУКОЙЛ — ¦ Западная Сибирь» методами главных компонент и искусственных нейронных сетей и анализ эффективности технологий ПНП по выделенным группам объектов.

2. Методика оптимального подбора методов воздействия на трудноизвлекаемые запасы нефти месторождений ООО «ЛУКОЙЛ -Западная Сибирь».

3. Гидродинамические модели фильтрации растворов химреагентов в водонефтяных зонах и низкопроницаемых коллекторах, позволяющие прогнозировать технологические параметры рекомендуемых к внедрению МУН.

Практическая ценность. Результаты, полученные в диссертационной работе, могут использоваться в качестве инженерных методик для выбора и прогнозирования технологической эффективности гидродинамических, физических и химических методов воздействия на трудноизвлекаемые запасы нефти.

Результаты исследований позволяют значительно повысить степень достоверности и надежности процедуры обоснования и планирования применения МУН на объектах разработки с трудноизвлекаемыми запасами нефти; повысить степень эффективности применения гидродинамических, химических и физических МУН; более обоснованно проводить анализ разработки и выработки водонефтяных зон месторождений и низкопроницаемых коллекторов; на основе гидродинамических моделей осуществлять качественный анализ влияния комплекса факторов на показатели разработки; с использованием методов ранговой корреляции

8

осуществлять обоснованный выбор скважин для форсированного отбора (для ВНЗ); эффективно проводить комплекс геолого-технологических мероприятий по рациональному использованию запасов нефти на залежах нефти с ТрИЗ.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ и два патента.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Список литературы включает 46 наименований. Текст на 150 страницах, содержит 30 рисунков и 19 таблиц.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕММЫ И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ УВЕЛИЧЕНИЯ

НЕФТЕОТДАЧИ И РАЗРАБОТКИ ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫХ ЗАПАСОВ НЕФТИ

1.1 Основные направления развития методов увеличения нефтеотдачи

Перед нефтяной промышленностью поставлены задачи по удержанию высокого уровня добычи нефти, повышению конечной нефтеотодачи и улучшению технико-экономических показателей разработки нефтяных месторождений.

В настоящее время на большинстве месторождений ООО ЛУКОЙЛ -"Западная Сибирь" ставится задача стабилизации добычи нефти. В собственности компании находятся продуктивные пласты, сосредоточенные в различных нефтегазоносных комплексах, принадлежащие, помимо того, разным геотектоническим элементам, контролирующим образование ловушек в пределах Западно-Сибирского осадочного бассейна. Продуктивные пласты в большинстве своем характеризуются высокой зональной и послойной неоднородностью, низкой начальной нефтенасыщенностью, часто низкой проницаемостью при наличии водонефтяных зон.

Вместе с тем по объектам накопился обширный материал как по геологии и разработке, так и по применению третичных методов увеличения нефтеотдачи. Зачастую использование ряда технологий увеличения нефтеотдачи не всегда уместно и, соответственно -малоуспешно, что обусловлено слабой критериальной изученностью методов для данных геолого-промысловых условий. В свете назревшей необходимости их рационального, «точечного» применения, возникла

10

задача проведения тщательной работы по выявлению геолого-технологической приуроченности запасов нефти месторождений ООО ЛУКОЙЛ — Западная Сибирь» и обоснованию систем рационального совершенствования выработки запасов нефти.

Повышение эффективности разработки залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти в настоящее время приобретает важнейшее значение для нефтедобывающей отрасли в связи с истощением активных запасов в высокопродуктивных объектов и добычи из них.

К месторождениям с трудноизвлекаемыми запасами. [ТРИЗ] относятся такие месторождения, которые при обычных методах разработки вырабатываются со сравнительно низкими технико-экономическими показателями и низкой (обычно не выше 20-30%) нефтеотдачей. Причинами являются особенностями геологического строения залежей (ухудшенные свойства пласта, и пластовой жидкости, проявление реологических свойств нефти, сравнительно низкая, концентрация запасов как по площади, так и по разрезу, небольшие размеры залежей), их разбросанность и удаленность от основных месторождений и районов нефтедобычи.

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

К числу неудовлетворительно вырабатываемых объектов относят водонефтяные зоны (ВНЗ) нефтяных месторождений. В них содержится значительное количество геологических запасов нефти. Доля запасов водонефтяных зон колеблется от 10 до 40 %.

Разработка водонефтяных зон вызывает целый ряд трудностей. Конечный коэффициент нефтеотдачи по большинству ВНЗ ожидается в 1,5-2 раза ниже, чем в чисто нефтяных частях залежи, что связано с особыми их эксплуатации, вызванными близостью водонефтяного

11

контакта. Быстрый прорыв подошвенной воды к забоям добывающих скважин, низкие темпы отбора нефти при высокой степени обводненности добываемой продукции приводят к снижению нефтеотдачи пласта, увеличению сроков разработки, повышению непроизводительных затрат на добычу попутной воды, ее транспорт и подготовку и, в конечном счете, к ухудшению технико-экономических показателей разработки в целом месторождения.

Разнообразие геологических условий залегания, физических свойств пород и нефтей как по отдельным пластам, так и в пределах площадей приводят к выводу о необходимости самостоятельного изучения всех этих залежей и иного подхода к проектированию разработки, чем в залежах средней и высокой продуктивности.

Для классификации залежей с различными свойствами пласта и пластовой жидкости до сих пор использовались в» основном методы геолого-промыслового анализа и вероятностно-статистические методы группирования объектов по основным природным признакам. При этом в области информатики и вычислительной техники в настоящее время появляются новые направления, решающие подобные задачи более эффективно.

Научно-технический прогресс в технологии разработки и добычи нефти, в обустройстве нефтяных месторождений с ТрИЗ и ВНЗ требует детального изучения геолого-физических характеристик, особенностей фильтрации жидкости в продуктивных пластах, проведения сложных и дорогостоящих опытно-промышленных работ по испытанию и внедрению прогрессивных методов увеличения нефтеотдачи и производительности скважин.

Для классификации залежей с различными свойствами пласта и пластовой жидкости используются такие современные методы анализа как методы искусственных нейронных сетей.

12

В работе уделено определенное внимание изучению влияния методов повышения нефтеотдачи на перемещения пластовых жидкостей, а также на особенности фильтрации нефтей в низкопроницаемых коллекторах и залежах полностью подстилаемых подошвенной водой, показано различие в условиях залегания и разработки различных

коллекторов.

Диссертационная работа посвящена совершенствованию методов

обоснования воздействия на нефтяные залежи с единых позиций как для

активно-разрабатываемых залежей так и залежей, вовлекаемых в

разработку параллельно (низкопроницаемые и ВНЗ).

Задача повышения нефтеотдачи и способы ее решения

формулировалась и описывалась отечественными и зарубежными

авторами: Сургучевым М.Л.[1], М. Маскетом [2], Р. Дентоном, И.А.

Чарным, Ю.П. Желтовым, Ю.А. Поддубным, И.А. Сидоровым, Г.Б.

Пыхачевым, И.Н. Щелкочевым, А.Т. Горбуновым, А.А. Боксерманом, А.Х.

Мирзаджанзаде, И.М. Аметовым, Г.А. Бабаляном, Л.Е. Ленченковой, Р.Х.

Алмаевым, А.Ш. Газизовым, Н.И. Хисамутдиновым, Г.З. Ибрагимовым,

А.Г.Телиным, В.Е. Андреевым, Т.А. Исмагиловым, и т.д.

Одним из элементов понятия: оптимальности систем разработки нефтяных месторождений является достижение максимально возможной и экономически оправданной величины нефтеотдачи пластов. При разработке залежей нефти достигаемая средняя нефтеотдача не превышает 34-37%, а по месторождениям Российской Федерации она примерно составляет 40-43%.

В связи с этим решение проблемы увеличения коэффициента нефтеотдачи, следовательно увеличения извлекаемых запасов нефти, имеет большое социально-экономическое значение.

В работе [3] проанализировано состояние применения новых методов увеличения нефтеотдачи пластов. Показаны формы существования и принципы извлечения остаточной нефти, обоснована

13

перспективность ее вытеснения физико-химическими методами, образующимися в пласте различные водоизолирующие экраны. Рассмотрены основные принципы воздействия на пласт водоизолирующими составами, математическое моделирование процессов и методик оценки технико-экономических показателей разработки месторождений. Изложены результаты исследований по обоснованию технологий и их применению. Рассмотрены силикатно-щелочное, щелочно-полимерное, микробиологическое воздействие и т.д.

В [4] дан анализ и оценка эффективности применения технологий физико-химического воздействия на месторождениях Западной Сибири и "Татнефть": мисцелярных растворов, сшитых полимерных систем, ПАВ и т.д.

В [5] обоснованы и приведены основные показатели эффективности: вытеснения нефти из пористой среды растворами химических реагентов: нефелином,, дистиллерной жидкостью, композициями на основе силиката натрия. Изложены основные факторы, влияющие на нефтеотдачу. Рассмотрены методы экспериментальных исследований процессов вытеснения нефти.

В работе [6] проанализированы факторы преждевременного обводнения продуктивных пластов и скважин при заводнении многопластовых нефтяных месторождений. Рассмотрены методы ограничения движения вод и увеличения охвата послойно-неоднородного пласта воздействием. Изложены, физико-химические основы применения водоизолирующих материалов в нефтеводонасыщенных пластах: синтетических смол, эпоксидных полимеров, кремнийорганических соединений. Особое внимание уделено методам увеличения нефтеотдачи на основе гипана, полимеров и полимердисперсным системам.

14

Проблемы и возможные пути развития новых методов увеличения нефтеотдачи пластов в современных условиях рассмотрены в [7]: пенных систем, СОг, нефтяного газа.

В [8] приведены методики и результаты лабораторных исследователей процессов вытеснения нефти из моделей неоднородных пластов, а также промысловых экспериментов по оценке эффективности применения новых физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов в различных геолого-промысловых, условиях. Рассмотрены научно-практические основы проблемы выбора нефтевытесняющих составов на основе ПАВ, НПАВ АФ9-12, ОЩ-2, силикагеля и т.д.

В [9] описаны методика и технология применения полимерных композитных систем при вскрытии и разобщении пластов, комплексном воздействии на призабойную» зону, глушении нефтяных и газовых скважин перед проведением в них геолого-технических мероприятий, изоляции водопритоков и ликвидации негерметичности колонн.

В [10]; изложены физико-химические основы щелочного заводнения и его модификаций. Описаны геолого-физические критерии эффективного применения метода.

В работе [11] показана перспективность использования физических методов для решения проблемы нефтеотдачи пластов.

Обобщение материалов исследований приводит к выводу о том, что в конкретных условиях необходимы некоторые конкретные технологии (например - для высокообводненных залежей с хорошей фазовой проницаемостью по воде и для быстрообводняющихся объектов разработки - необходимы жесткие осадкообразующие технологии).

Нефтегазоносная территория на. которой ведет разработку ООО ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь» не всегда характеризуется хорошей изученностью. При таких условиях получаемая информация на всех

15

типах разрабатываемых залежей (в том числе по применению повышения нефтеотдачи) должна быть соответствующим образом обобщена и использоваться в дальнейшем для вновь вовлекаемых в равзработку.

1.2 Разработка залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти

Научно-технический прогресс в технологии разработки и добычи нефти, в обустройстве нефтяных месторождений с ТРИЗ требует детального изучения геолого-физических характеристик, особенностей фильтрации жидкости в продуктивных пластах, проведения сложных и дорогостоящих опытно-промышленных работ по испытанию и внедрению прогрессивных методов увеличения нефтеотдачи и производительности скважин.

В работе [12] изложены результаты опытно-промышленного применения физико-химических методов увеличения нефтеотдачи на месторождениях территориально-проиизводственного предприятия "Лангепаснефтегаз". Приведена структура запасов по трудноизвлекаемым залежам нефти 11Ш. Приведены значения выработанности и перспективы их освоения. Приведены результаты группирования и идентификация обьектов разработки. Требования к выбору объектов. Прогнозирование применения циклического воздействия в комплексе с физико-химическими методами.

В [13] освещены основные особенности геологического строения залежей нефти с трудноизвлекаемыми запасами нефти Башкортостана, приведены результаты экспериментальных, опытно-промышленных и промысловых работ по совершенствованию технологий разработки этих залежей. Приводится классификация по геолого-физическим параметрам и даются конкркетные рекомендации.

16

В [14] приводятся данные об опыте работы по этой проблеме в объединении "Татнефть". Рассмотрены особенности геологического строения малоэффективных залежей и способы их разработки. Уделено внимание газовым и термическим методам воздействия на пласт.

Монография [15] посвящена проблемам выработки трудноизвлекаемых запасов в различных регионах. Приведены технологические показатели разработки месторождений

углеводородного сырья. Состояние и перспективы развития работ по стимуляции притока и капитальному ремонту скважин. Уделено внимание третичным методам увеличения нефтеотдачи пластов. Рассмотрены водогазовое воздействие и закачка диоксида углерода, метод чередующейся закачки нефти и воды. Рассмотрены вопросы экологической безопасности.

Методу разработки залежей углеводородов в низкопроницаемых и слоисто-неоднородных коллекторах посвящена работа [16]. В работе развита научно-методическая основа разработки залежей углеводородов путем учета неоднородности строения залежей двухфазного типа в условиях многофазной фильтрации при давлениях ниже давления насыщения нефти газом; а также проявления слоистого характера неоднородности коллекторов газовых залежей.

Согласно существующей классификации в Вол го-Уральской нефтегазоносной провинции к месторождениям с трудноизвлекаемыми запасами нефти относятся месторождения, содержащиеся нефти с вязкостью более 30 мПа*с, с проницаемостью коллектора менее 0.05 мкм2 и нефтенасыщенной толщиной менее 1.5 м.

Месторождения Западной Сибири отличаются от Волго-Уральской нефте - газоносной провинции более низкой минерализацией пластовых вод, большей неоднородностью, более разряженной сеткой скважин.

17

В ввиду особенностей промышленной разработки трудноизвлекаемых запасов месторождений Западной Сибири нами предложена классификация ТРИЗ наиболее отвечающая решению решения практических задач разработки.

Согласно этой классификации к трудноизвлекаемым запасам, с учетом практики разработки месторождений ООО "ЛУКОЙЛ — Западная Сибирь" можно отнести объекты с низкопроницаемыми и слоисто-неоднородными коллекторами и водонефтяными зонами месторождений.

1.3 Повышение эффективности разработки водонефтяных зон месторождений

Впервые постановка и решение задач конусообразования в условиях установившейся фильтрации даны М. Маскетом и Р.Д. Виковым. В основе теории стационарного конуса лежит предположение, что отклонение поверхности раздела двух фаз от плоской формы не влияет на распределение потенциала скоростей фильтрации в нефтяной части пласта.

И.А. Чарный [ 17] впервые разработал метод расчета верхних и нижних значений предельного безводного дебита несовершенных скважин, составил универсальные графики верхнего значения безводного дебита и ординат1 вершин конуса.

A.M. Первердяном также дано уравнение перемещения ВНКв наклонном пласте при вертикальной проницаемости, стремящееся к бесконечности [18].

Определению положения ВНК, контуров нефтеносности, обоснованию выделения ВНЗ геофизическими и геолого-промысловыми методами, типизации залежей нефти с подошвенной водой применительно к условиям их разработки посвящены работы К.Б.Аширова [19] , Б.Т. Баишева [20], М.А. Жданова [21], В.Л. Комарова [22], А.А.

Список литературы