На правах рукописи

НАГИЕВ АЛИ ТЕЛЬМАН ОГЛЫ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ИНТЕНСИВНЫХ МЕТОДОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет (ТюмГНГУ)

Научный консультант: доктор технических наук, с.н.с.

Карнаухов Михаил Львович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минерал. наук, профессор Попов Иван Павлович кандидат технических наук Саунин Виктор Иванович

Ведущая организация: Открытое акционерное общество Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (ОАО СибНИИНП)

Защита диссертации состоится 17 апреля 2006 г. в 9оо часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72, каб. 32.

Автореферат разослан 17 марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор В.П.Овчинников ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы На позднем этапе разработки месторождений нефти и газа, характеризующимся высокой обводненностью скважин, неравномерностью выработки запасов, качество выбора рациональных геолого-технологических мероприятий (ГТМ) для стабилизации добычи нефти и газа становится весьма важным.

Одним из главных факторов выбора рациональных ГТМ является достоверность и полнота информации о разработке месторождений и проведенных на них мероприятиях.

Самые крупные месторождения в Тюменской области находятся на третьей стадии разработки с существенным снижением уровней добычи нефти, уменьшением дебитов скважин, увеличением фонда скважин, требующих проведения текущих и капитальных ремонтов.

Остаточные запасы сосредоточены в слабоактивных зонах низкопроницаемых пластов, а также в слабонасыщенных и высокообводненных зонах.

Очевидно необходимо тщательно планировать мероприятия для стабилизации добычи нефти с привлечением различных методов оптимизации работы скважин, эксплуатации УЭЦН, а также таких методов воздействия на пласт, как гидроразрыв пласта, зарезки вторых стволов, бурение горизонтальных и многозабойных скважин.

Одним из ключевых вопросов стабилизации добычи нефти на поздней стадии разработки является правильный подбор насосного оборудования. Как показывают прямые замеры забойных давлений при работе скважин с УЭЦН, ошибки в определении забойных давлений путем оценочных пересчетов столба уровня жидкости в скважине на удельный вес газоводонефтяной смеси (как это делается на практике) приводит к значительным ошибкам.

Эти отклонения в значениях давлений расчетных и замеренных достигают и более атмосфер. Ясно, что при этом возникают ошибки и в расчетах депрессий на пласт и, в конечном счете, неверно подбираются установки для добычи нефти.

Серьезнейшей задачей является задача рационального применения глубинных насосных установок. Изучение научно-технической литературы, посвященной этому вопросу, показало, что по существу нет каких-либо содержательных исследований по применению УЭЦН с непосредственным изучением их работы в скважинных условиях.

Для проведения глубокого анализа результативности применяемых методов воздействий на ПЗП и пласт и выявления наиболее эффективных из них необходимо иметь содержательную информацию по "истории" разработки месторождения. Очевидно, необходимо разработать специальную систему представления информации о проведенных ГТМ.

Следует рассматривать как массово применяемые относительно простые мероприятия, которые направлены на очистку ствола скважины, ремонт скважины и подземного оборудования, восстановление проницаемости призабойной зоны пласта (ПЗП), так и сложные затратные работы, такие как гидроразрыв пласта (ГРП), зарезки вторых стволов и бурение скважин с горизонтальным окончанием.

Основным средством, объясняющим состояние выбранных участков для реализации сложных мероприятий, является наличие разнообразных карт визуализации структуры пласта, динамики работы скважин, изменения продуктивности и гидропроводности пласта, изменения давлений и т. д.

Закономерности выработки запасов определяются именно в результате комплексного анализа таких карт разработки.

Цель работы. Повышение эффективности добычи нефти при применении интенсивных методов воздействия на пласт.

Задачи исследования 1. Обоснование забойных давлений и депрессий на пласт при подборе глубинных насосных установок.

2. Совершенствование методов гидродинамических исследований скважин (ГДИ), направленных на выбор рациональных ГТМ.

3. Исследование условий работы УЭЦН на основе замера давлений на приеме насоса и определение рациональных режимов эксплуатации насосных установок.

4. Разработка технических и технологических средств для повышения эффективности механизированной добычи нефти.

5. Разработка и промышленная апробация эффективных технологий добычи нефти с применением интенсивных методов воздействия на пласт.

Научная новизна 1. Разработана новая методика определения забойных давлений и депрессий на пласт, учитывающая движение выделившегося из нефти газа в трубном и затрубном пространствах.

2. Впервые разработана система интерпретации результатов исследования скважин с применением методов численного моделирования нестационарной фильтрации жидкости в пласте.

3. Научно обоснованы и предложены новые устройства для очистки скважинных газожидкостных смесей (патенты РФ № 2149991, № 31155).

Практическая ценность 1. Методика итерационного расчета забойных давлений по данным замера динамических уровней жидкости в скважине позволяет точнее определять депрессию на пласт и обоснованно подбирать насосное оборудование.

2. Метод численной интерпретации результатов ГДИ обеспечивает возможность оценки параметров пласта по всем периодам исследования скважин, включая периоды притока и восстановления давления.

3. Внедрение изобретений, связанных с улучшением работы насосных установок (патенты РФ № 2149991, № 31155 и др.), позволяет существенно повысить эффективность добычи нефти.

4. Методика оперативного изучения процессов выработки запасов на отдельных участках пласта позволяет обоснованно выбирать эффективные ГТМ для повышения эффективности разработки месторождений.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались:

- на пятой научно-практической конференции УПути реализации нефтегазового потенциала ХМАОФ (г. Ханты-Мансийск, 2001 г.);

- на Всероссийской научно-технической конференции УПроблемы развития топливно-энергетического комплекса Западной Сибири на современном этапеФ (г. Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2001 г.);

- в ОАО Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз - 1999-2005 годы;

- на Международной конференции, посвященной 60-летию Тюменской области, г. Тюмень, 2004 г;

- на Международной конференции Нефть и газ Арктического шельфа, г. Мурманск, 17-19 ноября, 2004 г.

Публикации Основные положения диссертации изложены в 17 печатных работах, в том числе в 1 патенте на изобретение, 8 патентах и свидетельствах на полезную модель.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников. Изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 81 рисунок и 5 таблиц.

Список использованной литературы включает 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, а также научная новизна и практическая ценность.

В первом разделе определены основные факторы, влияющие на эффективность подбора насосного оборудования и выбор эффективных геолого-технических мероприятий при мониторинге месторождений.

Показано, что главным фактором выбора рациональных ГТМ является достоверность и полнота информации о разработке месторождений и проведенных на них мероприятиях.

Решение рассматриваемых проблем требует глубокого изучения процессов извлечения нефти, что возможно только на основе компьютерной обработки материалов. В комплексе задач, очевидно, первостепенной является задача создания содержательной базы данных.

Следует рассматривать как массово применяемые относительно простые мероприятия, которые направлены на очистку ствола скважины, ремонта скважины и подземного оборудования, восстановление проницаемости призабойной зоны пласта (ПЗП) и другие, так и сложные затратные работы, такие как ГРП, зарезки вторых стволов и т. д.

Такие мероприятия предполагают активное вмешательство в состояние выработки пласта на участках расположения скважин, они ориентированы на значительное увеличение добычи нефти. Эта вторая категория задач, которую приходится решать в процессе осуществления мониторинга разработки, очевидно, требует особых подходов при планировании ГТМ на скважинах (выборе скважин, проектировании оптимальных технологий).

Исходя из всего сказанного и сформулированы указанные выше задачи исследования.

Во втором разделе приведена методика расчета забойного давления по результатам замера динамических уровней в скважине.

При расчете депрессии на пласт, необходимой при подборе забойного оборудования, требуется знание распределения удельных весов жидкости по стволу скважины. Выполненные специальные исследования по замеру давлений на приеме насосов, а также давлений в интервале перфорации со спуском в скважину манометров показали, что применяемые на практике методики расчета забойных давлений путем перемножения высоты (длины) столба динамического уровня на средний удельный вес жидкости в скважине дают большие погрешности. Это связано с неопределенностью определения среднего удельного веса смеси жидкостей в скважине.

Разработана методика расчета забойного давления, которая основана на поинтервальном определении плотности жидкости, изменяющейся по стволу скважины в зависимости от состава поступающей жидкости в скважину, дебита, давления насыщения и т. д. При этом, поскольку давление жидкости в скважине зависит от глубины, на которой она находится (и определяется весом столба жидкости), а плотность самой жидкости, насыщенной газом, зависит от свойств газа, который в свою очередь зависит от давления, то применен способ итерационного расчета давлений и коэффициентов сверхсжимаемости газа. Принят также во внимание фактор непрерывного поступления газа в затрубное пространство в процессе отбора нефти глубинными насосами. По этой методике выполнены расчеты забойных давлений для скважин, в которых регистрировались давления на приемах насосов глубинными манометрами. Получено более высокое совпадение результатов по сравнению с расчетами по упрощенным формулам. Данная методика применяется при подборе насосов в компании ОАО СибнефтьНоябрьскнефтегаз.

Поскольку в технической литературе нет четких определений, какие и в каких случаях следует применять методы исследования скважин и интерпретации результатов изучения скважин по записанным кривым восстановления давления (КВД), то в третьем разделе сделано обобщение существующих подходов при изучении переходных процессов в пласте после остановки работающей скважины и прослеживании за восстановлением давления в скважине.

Выполнен системный анализ получаемых на практике разнообразных КВД и определены типовые КВД, соответствующие доминирующим влияниям различных факторов, связанных с работой скважины (емкостный эффект, профиль ствола скважины, наличие штуцера и т. д.), призабойной зоны пласта (скин-эффект, несовершенство вскрытия, нелинейность закона фильтрации) и удаленной зоны пласта (ограниченный пласт, линейный барьер и т. д.).

Показано, что необходимо использовать всю информацию о проведенном исследовании: как все циклы записи кривых давления при отработке скважин, так и в периоды их остановок.

В четвертом разделе показано, что большинство известных методик анализа и интерпретации результатов исследования скважин с записью КП (кривых притока) и КВД основаны на применении точных решений задач о притоке жидкости в скважину и восстановлении давления в ней после некоторого периода отработки. При этом предполагается, что пласт однороден на всей протяженности от скважины до бесконечности, фильтрация жидкости в пласте строго радиальная и т. д. На практике же мы имеем дело с пластами очень сложной структуры: слоистыми, с наличием перемычек, влиянием ниже и вышележащих проницаемых объектов, расположением в районе дренирования других скважин, которые существенно влияют на работу рассматриваемой скважины. Приведены исходные уравнения для решения задач фильтрации жидкости при исследовании скважин на нестационарных режимах, учитывающие различные ситуации, встречаемые на практике: учтено влияние ствола скважины на КВД и КП, действия скин-эффекта, влияние границ и т. д.

На основе разработанных М.Л. Карнауховым программ расчета кривых притока и восстановления давления с применением методов численного моделирования нестационарных процессов фильтрации в данной работе выполнена адаптация разработанных методик с интерпретацией реальных процессов исследования скважин. Представлены программы настройки рассчитываемых на основе моделирования КВД на конкретные фактические КВД, полученные в промысловых условиях. Таким образом, реализована схема интерпретации фактических КВД на основе методов численного моделирования. Выполнен анализ данных реальных ГДИ с применением как известных методик интерпретации результатов, так и на основе численного моделирования. Показано, что применяемые в настоящее время методы ГДИ в основном ориентированы на получение минимума информации о пластах.

Комплексный анализ результатов ГДИ позволяет получить важные сведения и о работе скважин и о выработке запасов на месторождении и отдельных его участках и, в конечном счете, дает возможность выбрать наиболее перспективные методы воздействия на пласт, подобрать необходимое подземное оборудование и определить оптимальный режим его работы.